erdbauwerke für hochgeschwindig- keitsstrecken mit fester...
Post on 21-Aug-2019
216 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Erdbauwerke für Hochgeschwindig-
keitsstrecken mit Fester Fahrbahn
Konzept zur wirtschaftlichen und
qualitätsgesicherten Erstellung
Dissertation zur Erlangung des Grades Dr.-Ing.
an der Bergischen Universität Wuppertal
Dipl.-Ing. Michael Engler
Hennef, im Februar 2003
Zusammenfassung
Bei der Herstellung von Erdbauwerken für Neubaustrecken mit
Fester Fahrbahn wird durch die maßgeblichen Richtlinien die Ver-
wendung bindiger Böden beschränkt. Auf Grundlage der Regeln
der Technik sowie ergänzender Versuchsverfahren können wirt-
schaftliche Konstruktionen, die die Verwendung der vorgenannten
Böden vorsehen, auf ihre Funktionssicherheit hin geprüft werden,
so dass deren Verwertung als Schüttmaterialien verantwortet wer-
den kann.
Die Anforderungen an den Unterbau einer Neubaustrecke mit Fe-
ster Fahrbahn erfordern im Bereich der freien Strecke über den
üblichen Umfang hinaus umfangreiche Maßnahmen zur Qualitäts-
sicherung. Diese Schritte sind vom Bauausführenden zur Sicher-
stellung der langfristigen Erfüllung aller Anforderungen an den Un-
terbau durchzuführen.
Die vorliegende Arbeit gibt Lösungsansätze für die wirtschaftlichen
und qualitätssichernden Aufgaben.
Um eine möglichst große Effizienz zu erreichen, ist auf eine ad-
äquate Projektstruktur und Vertragsform zu achten. Die Implemen-
tierung des Konzeptes in ein Qualitätsmanagementsystem nach
der EN ISO 9001:2000 ist möglich.
Abstract
Applicable guidelines restrict the use of binder soil in the produc-
tion of earthworks for new firm tracks. On the basis of state-of-the-
art technology as well as additional experimental procedures, it is
possible to verify the reliable functionality of efficient constructions
that include the use of the type of soil mentioned before so as to
justify its use as fill material.
The requirements with respect to the foundation of a new firm-
track line will necessitate extensive quality assurance measures
for open-track sections exceeding standard practices. These steps
will have to be followed by the construction company in order to
ensure that all requirements with respect to the foundation will be
met over the long term.
This dissertation provides possible solutions for the economic
tasks as well as those linked to quality assurance.
In order to obtain a maximum degree of efficiency, the project will
have to be structured appropriately, and a proper form of contract
will have to be selected. This concept can be integrated into a
quality management system in accordance with EN ISO
9001:2000.
Inhaltsverzeichnis I
1. EINLEITUNG 1
1.1 Gegenstand der Arbeit 1
1.2 Literaturrecherche 2
1.3 Abgrenzung und Systematik der Arbeit 3
2. ERDBAUTECHNISCHE FACHPLANUNG 5
2.1 Allgemeines 5
2.2 Anforderungen an die Erdbautechnik 5
2.2.1 Geltende Normen und Richtlinien 5
2.2.2 Technische Anforderungen an die Erdbautechnik 6
2.2.3 Sicherstellung der Langlebigkeit der Festen Fahrbahn 10
2.3 Das Baugrundmodell 11
2.3.1 Allgemeines 11
2.3.2 Beschreibung des Baugrundes 12
2.3.3 Beschreibung der anfallenden Erdmassen als Baustoffe 17
2.3.4 Beispiel eines Baugrundmodells 18
2.4 Erdbautechnische Fachplanung 20
2.4.1 Allgemeines 20
2.4.2 Bemessung der Erdbauwerke 27
2.4.3 Sicherung der zyklisch-dynamischen Stabilität 35
2.4.3.1 Allgemeines 35
2.4.3.2 Nachweisformen 40
2.4.4 Nachweis der Grenzflächenstabilität 46
2.4.5 Übergangsbereiche auf Ingenieurbauwerke 47
3. MAßNAHMEN BEI DER PROJEKTUMSETZUNG 49
3.1 Umsetzung der Fachplanung in Arbeitsanweisungen 49
3.1.1 Arbeitsanweisung Prüfung des Baugrundmodells 50
3.1.2 Arbeitsanweisung Prüfung der Erdbaustoffe 51
3.1.2.1 Anforderungen an die Erdbaustoffe 52
3.1.2.2 Eignungsprüfung und Eigenüberwachung der Erdbaustoffe 52
3.1.3 Arbeitsanweisung Herstellung der Erdbauwerke 54
Inhaltsverzeichnis II
3.1.3.1 Herstellung der Zone 1 54
3.1.3.2 Herstellung der Zone 2 bis Zone 4 57
3.1.3.3 Herstellung der Zone 5 59
3.1.4 Arbeitsanweisung Prüfung der Qualität der Erdbauwerke 59
3.1.4.1 Prüfung der Zone 1 60
3.1.4.2 Prüfung der Zone 2 bis Zone 5 60
3.1.5 Erstellung von erdbautechnischen Längs- und Querschnitten 63
3.2 Bauablaufplanung 69
3.2.1 Zeitliche Bauablaufplanung 69
3.2.2 Räumliche Bauablaufplanung 74
3.2.3 Erstellung von Datenblättern zur zeitlichen und räumlichen Bauablaufplanung 76
3.3 Steuerung der qualitätsrelevanten Arbeitsabläufe 79
3.3.1 Verfahrensanweisung zur Prüfung des Baugrundmodells 79
3.3.2 Verfahrensanweisung zur Herstellung der Erdbauwerke 80
3.4 Verformungskontrolle des Fahrweges 83
3.4.1 Planung der Anordnung von Verformungsmesspunkten 83
3.4.2 Durchführung der Verformungsmessungen 86
3.4.3 Definition von zeitabhängigen Schwellenwertlinien 87
3.4.4 Ermittlung der Last-Verformungs-Diagramme 88
3.4.5 Prognose der Restverformungen 89
3.4.6 Freigabe des Erdkörpers zum Einbau der Festen Fahrbahn 92
4. PROZESSABLAUF BEI DER UMSETZUNG DES KONZEPTES 94
5. EINBINDUNG DES KONZEPTES IN EIN PROJEKTSPEZIFISCHES QUALITÄTSMANAGEMENT 98
6. EINBINDUNG DES KONZEPTES IN EIN EFFIZIENTES PROJEKTMANAGEMENT 100
6.1 Einbindung des Konzeptes in eine adäquate Vertragsform 100
6.2 Einbindung des Konzeptes in einen adäquaten Organisationsaufbau 101
Inhaltsverzeichnis III
7. ERDBAUTECHNIK AM BEISPIEL DER NEUBAUSTRECKE KÖLN–RHEIN/MAIN 105
7.1 Allgemeines zur Neubaustrecke 105
7.2 Erdbautechnik im Los B des Bauabschnittes Mitte der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main 106
7.3 Erdbautechnik im Los C des Bauabschnittes Mitte der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main 109
8. NACHWEIS DER RICHTIGKEIT DES KONZEPTES 111
8.1 Allgemeines 111
8.2 Planung der Erdbautechnik 111
8.2.1 Das Baugrundmodell 111
8.2.1.1 Wirtschaftliche Gründungsmaßnahmen 111
8.2.1.2 Nutzung des wirtschaftlichen Potenzials der beim Erd- und Tunnelbau anfallenden Bodenmassen 115
8.2.2 Erdbautechnische Fachplanung auf Grundlage der anerkannten Regeln der Technik 117
8.2.3 Konstruktion zyklisch-dynamisch stabiler Erdbauwerke 117
8.2.3.1 Sicherstellung der zyklisch-dynamischen Stabilität 117
8.2.3.2 Nachweis der zyklisch-dynamischen Stabilität 119
8.3 Maßnahmen bei der Projektumsetzung 122
8.3.1 Erstellen von Arbeitsanweisungen 122
8.3.2 Erstellen von erdbautechnischen Längs- und Querschnitten 125
8.3.3 Zeitliche Bauablaufplanung 128
8.3.4 Räumliche Bauablaufplanung 128
8.3.5 Verformungskontrolle des Fahrweges 131
8.3.5.1 Definition von Schwellenwertlinien 131
8.3.5.2 Ermittlung der Last- und Verformungsdiagramme 132
9. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 137
Bezeichnungen I
BEZEICHNUNGEN
A) LATEINISCH
aP [m] Aufstandsfläche der Radsatzlasten Lastbild UIC 71
AA [-] Arbeitsanweisung
AK [-] Arbeitskreis
bHGT [m] Breite der hydraulisch gebundenen Tragschicht
BA [-] Baugrundaufschluss
BTS [-] Betontragschicht
cN [-] Zyklischer Faktor
cv [-] Konsolidierungsbeiwert
d [-] Dämpfungsfaktor
D [-] Dimension
DPR [-] Verdichtungsgrad
DB AG [-] Deutsche Bahn AG
DGEG [-] Deutsche Gesellschaft für Geotechnik
DIN [-] Deutsches Institut für Normung
DS [-] Drucksache
E [-] Elastizitätsmodul
Edyn [N/mm²] Dynamischer Steifemodul
Estat [N/mm²] Statischer Steifemodul
Bezeichnungen II
Ev2 [N/mm²] Verformungsmodul der Zweitbelastung des Lastplat-tendruckversuches
EBG [-] Erdbautechnische Bodengruppe
EN [-] Europäische Norm
ENV [-] Europäische Vornorm
EQ [-] Erdbautechnisches Querprofil
f [-] Setzungsbeiwert
F [Hz, 1/s] Frequenz
FE [-] Finite Elemente
FGSV [-] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrs-wesen
FDVK [-] Flächendeckende Verdichtungskontrolle
FF [-] Feste Fahrbahn
FSS [-] Frostschutzschicht
GM [-] Gründungsmaßnahmen
GOK [-] Geländeoberkante
GW [m NN] Grundwasserstand
h [m] Höhe eines Erddammes
HB [-] Homogenbereich
HFS [-] Hinterfüllschicht
HGT [-] Hydraulisch Gebundene Tragschicht
Bezeichnungen III
IC [-] Konsistenzzahl
ID [-] Bezogene Lagerungsdichte
k [m/s] Durchlässigkeitsbeiwert
kdyn [-] Dynamischer Lasterhöhungsfaktor
lü [m] Länge des Übergangsbereiches auf ein Brücken-bauwerk in Bezug auf zulässige Verformungen
L [m] Störgrößenwellenlänge
na [-] Luftporenanteil
N [-] Anzahl der Zugübergänge
OCR [-] Überkonsolidierungsverhältnis
OK [-] Oberkante
P [MN] Radsatzlasten
PQM [-] Projektbezogenes Qualitätsmanagement
QM [-] Qualitätsmanagement
ra [m] Muldenausrundungsradius
R² [-] Bestimmtheitsgrad
s1 [mm] Plastische Verformung nach der ersten Zugüberfahrt
se [mm] Plastische Eigenverformungen des Erdkörpers
sel [mm] Elastische Verformungen
sr [mm] Plastische Restverformung
Bezeichnungen IV
su [mm] Plastische Verformungen des Untergrundes
sv [mm] Plastische Verformungen aus Verkehrslasten
Sr [-] Sättigungszahl
SO [-] Schienenoberkante
SZ8/12 [-] Widerstandsfähigkeit von Kies 8/12 gegen Schlag
t [d] Zeit
UK [-] Unterkante
v [km/h] Geschwindigkeit
ve [km/h] Entwurfsgeschwindigkeit
veff,res [mm/s] Resultierende, effektive Schwinggeschwindigkeit
vkrit [mm/s] Kritische Schwinggeschwindigkeit
VA [-] Verfahrensanweisung
x,y,z [m] Bezeichnung der Variablen im kartesischen Koordi-natensystem
ZDS [-] Zyklisch-dynamische Sicherungsschicht
zul. [-] zulässig
Bezeichnungen V
BEZEICHNUNGEN
B) GRIECHISCH
α [-] Abklingkoeffizient der Tiefe
αL [-] Auflockerungsfaktor
∆ [-] Differenzbetrag
ε [-] Stauchung
κ [-] Abminderungsfaktor für Radsatzlasten
γ [kN/m³] Wichte des feuchten Bodens
σ1, σ3 [N/mm²] Spannungsdeviatoren
σc [N/mm²] Zyklische Spannung
σstat [N/mm²] Spannung aus statischer Last
ψB [-] Verdrehung eines Brückenbauwerkes im Über-gangsbereich zum Erdbauwerk
ψe+u [-] Verdrehung eines Erdbauwerkes im Übergangsbe-reich zum Brückenbauwerk infolge Eigensetzung und Untergrundverformung
ψu [-] Verdrehung eines Erdbauwerkes im Übergangsbe-reich zum Brückenbauwerk infolge Untergrundver-formung
Einleitung 1
1. EINLEITUNG
1.1 Gegenstand der Arbeit
Die hohen Anforderungen an den Unterbau einer Hochgeschwin-
digkeitsstrecke mit Fester Fahrbahn erfordern im Bereich der frei-
en Strecke umfangreiche Maßnahmen in Planung und Bauausfüh-
rung. Ursächlich für die geforderte Güte sind Systembedingungen
der Festen Fahrbahn und der dauerhafte Fahrkomfort bei Hoch-
geschwindigkeit. Mit der üblichen Vorgehensweise bei der Reali-
sierung von Erdbaumaßnahmen kann nicht sichergestellt werden,
dass die Anforderungen langfristig, also über den Zeitraum der
vorgesehenen Nutzung, erfüllt werden. Neben den bekannten
Maßnahmen bei der Planung und Ausführung eines qualitätsgesi-
cherten Erdbaus sind weitere Schritte erforderlich.
Die Regelwerke der Deutschen Bahn AG sind in Bezug auf die
Konstruktion der Erdbauwerke für Hochgeschwindigkeitsstrecken
mit Fester Fahrbahn infolge der Festlegung auf bestimmte Boden-
gruppen sehr stringent. Hierdurch wird eine wirtschaftliche Ver-
wendung der beim Erd- oder Tunnelbau anfallenden Boden- oder
Felsmassen als Baustoff eingeschränkt. Durch eine bodenmecha-
nische Betrachtung und Lösung der Bauaufgabe kann aber das
wirtschaftliche Potenzial der gewonnenen Baustoffe besser ge-
nutzt werden.
Gegenstand dieser Arbeit ist ein Konzept zur Sicherstellung, dass
die Anforderungen an die Erdbauwerke einer Hochgeschwindig-
keitsstrecke mit Fester Fahrbahn bei gleichzeitiger Beachtung
wirtschaftlicher Optimierungsmöglichkeiten durch die Planung und
Bauausführung dauerhaft erfüllt werden. Das Konzept basiert auf
positiven sowie negativen Erfahrungen bei der Planung und Aus-
Einleitung 2
führung des Erdbaus einer Hochgeschwindigkeitsstrecke mit Fe-
ster Fahrbahn.
1.2 Literaturrecherche
Es wurde eine allgemeine Literaturrecherche zum Thema „Feste
Fahrbahn“ auf Grundlage der LITERATUR-DATENBANK FÜR
DAS BAUEN [19] durchgeführt (vgl. Bild 1.1).
��������
��������������
������������
��������
��������������
������������������������
����������
��������������
������������
����������������
��������������
������������
������������������������������
����������������������������
����������������������������
����������
��������
����������������������������
0
5
10
15
20
25
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Verö
ffent
lichu
ngen
Sonstige������
Wirtschaftlichkeit������������Erdbau
Bild 1.1: Auswertung einer Literaturrecherche
Die Veröffentlichungen zum Erdbau für Hochgeschwindigkeits-
*
* manuelle Recherche der Veröffentlichungen für das Jahr 2000
strecken mit Fester Fahrbahn beschäftigen sich mit Anforderun-
gen an die Erdbauwerke, die sich aus den Systembedingungen
der Festen Fahrbahn und den Erfordernissen eines langfristigen
Fahrkomforts ergeben (vgl. Abschnitt 2.2.2 „Technische Anforde-
rungen an die Erdbautechnik“). Hierzu werden auch Konstruktio-
nen für die Erdbauwerke vorgestellt. Diese Publikationen treffen
Einleitung 3
keine Aussage dahin gehend, wie durch die Planung und Bau-
ausführung die Anforderungen dauerhaft erfüllt werden.
Die wirtschaftlichen Fragestellungen beziehen sich vorwiegend
auf das Kosten-Nutzen-Verhältnis des Oberbausystems Feste
Fahrbahn. Dass die maßgeblichen Richtlinien für den Erdbau ei-
ner Hochgeschwindigkeitsstrecke mit Fester Fahrbahn ver-
gleichsweise hohe Investitionskosten bedingen, wurde in den
Veröffentlichungen nicht behandelt. Demzufolge finden sich keine
Hinweise auf mögliche Einsparungspotenziale.
Die Literaturrecherche und deren Auswertung zeigt, dass kein
Konzept vorliegt, wie Erdbauwerke für Hochgeschwindigkeits-
strecken mit Fester Fahrbahn wirtschaftlich und qualitätsgesi-
chert erstellt werden können.
1.3 Abgrenzung und Systematik der Arbeit
Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Fachplanung ei-
ner Erdbautechnik zur Sicherstellung der dauerhaften Erfüllung
der Anforderungen an die Erdbauwerke. Der Begriff Erdbauwerk
bezeichnet den geschütteten Erdkörper und die Gründung des
Erdkörpers. Unter der Bezeichnung Erdbautechnik wird die tech-
nische Konstruktion eines Erdbauwerkes verstanden. Die Fach-
planung meint die Planung der Erdbautechnik und die notwendi-
gen Modell- oder Feldversuche zur Überprüfung der Wirksamkeit
der Konstruktion der Erdbauwerke. Grundlage für die Fachpla-
nung sind die anerkannten Regeln der Technik, die auf die Auf-
gabenstellung bezogen betrachtet werden. Neue bodenmechani-
sche Lösungsansätze liefert diese Arbeit nicht.
Einleitung 4
Der zweite Teil beinhaltet die notwendigen Maßnahmen bei der
Projektumsetzung, die für eine dauerhafte Erfüllung der Anforde-
rungen an die Erdbauwerke notwendig sind.
Erdbautechnische Fachplanung 5
2. ERDBAUTECHNISCHE FACHPLANUNG
2.1 Allgemeines
In den Ausführungen dieses Abschnittes wird gezeigt, wie eine
Erdbautechnik-Fachplanung durchgeführt werden kann, die eine
dauerhafte Erfüllung der Anforderungen an die Erdbauwerke einer
Hochgeschwindigkeitstrecke mit Fester Fahrbahn sichert.
Die maßgeblichen Arbeitsschritte sind hierbei die Bestimmung der
Eigenschaften des Baugrundes und der anfallenden Erdbaustoffe
durch ein Baugrundmodell und die Fachplanung zur Überprüfung
der Funktionsfähigkeit der Erdbautechnik.
Zur Sicherung des für die Feste Fahrbahn einer Hochgeschwin-
digkeitsstrecke geforderten Qualitätsstandards sind Anforderun-
gen an die Erdbauwerke festgelegt worden, die nachfolgend erläu-
tert werden.
2.2 Anforderungen an die Erdbautechnik
2.2.1 Geltende Normen und Richtlinien
In Deutschland sind die für die Schotterbauweise gültige RIL 836
[25] und die hier aufgeführten sonstigen Bestimmungen, Normen,
Richtlinien und Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen
zu beachten.
Im vorliegenden Fall einer Hochgeschwindigkeitsstrecke mit Fes-
ter Fahrbahn sind insbesondere die nachfolgend beschriebenen
Systembedingungen der Festen Fahrbahn und das Komfort-
Kriterium zu berücksichtigen. Die hieraus abgeleiteten Anforde-
Erdbautechnische Fachplanung 6
rungen an die Erdbauwerke sind als Ergänzung zur RIL 836 [25] in
dem AKFF [1] festgelegt oder auch nur als grundsätzliches Ziel
beschrieben worden.
2.2.2 Technische Anforderungen an die Erdbautechnik
Die Nachstellung der Festen Fahrbahn in Lage und Höhe ist im
Gegensatz zum Schotteroberbau nur durch Ausgleich in der
Schienenbefestigung möglich und beträgt beispielsweise für das
System Feste Fahrbahn Bauart Rheda in der Höhe + 26 mm /
- 4 mm (vgl. AKFF [1]). Dieser Betrag wird im AKFF [1] auf Bau-
ungenauigkeiten der Festen Fahrbahn, auf statische und auf zy-
klisch-dynamische Verformungen des Unterbaus aufgeteilt. Die
jeweiligen Regulierungsoptionen sind nach dem AKFF [1] unab-
hängig von den tatsächlichen Verformungen vorzuhalten.
Die zulässige Verformung des Unterbaus der freien Strecke ent-
spricht somit der maximalen Ausgleichsmöglichkeit in der Schie-
nenbefestigung abzüglich der vorzuhaltenden Nachstellmöglich-
keit für die Bautoleranz der Festen Fahrbahn und beträgt derzeit
+ 20 mm. Hierbei dürfen entsprechend dem AKFF [1] die stati-
schen Verformungen maximal + 15 mm und die Verformungen
aus zyklisch-dynamischer Einwirkung maximal + 5 mm betragen.
Sofern sich ein gleichmäßiges Verformungsverhalten über eine
Länge von 20 m einstellt, dürfen die statischen Verformungen des
Unterbaus + 30 mm betragen (vgl. AKFF [1]).
Unter der Voraussetzung, dass das Komfort-Kriterium der Fahrdy-
namik nicht verletzt wird, dürfen großräumige, muldenförmige Ver-
formungen auftreten. Dies gilt dann als erfüllt, wenn die Überlage-
rung der trassierten Radien und der Verformungen einen maxima-
Erdbautechnische Fachplanung 7
len Muldenausrundungsradius von ra = 0,4 ⋅ ve² ergibt. Bei einer
Entwurfsgeschwindigkeit von ve = 300 km/h ermittelt sich der zu-
lässige Ausrundungsradius zu 36.000 m (vgl. AKFF [1]).
Die zulässigen Verformungen der Erdbauwerke dürfen die mul-
denförmige Verformung überlagern. Das zulässige Setzungsmaß
in der Mulde beträgt in Bezug auf die Sollgradiente + 60 mm. Bei
Überschreitung dieser Verformungswerte ist der Bau der Festen
Fahrbahn unzulässig (vgl. AKFF [1]).
Bild 2.1 zeigt schematisch die zulässigen Verformungen nach dem
AKFF [1].
Bild 2.1 Zulässige Verformungen nach dem AKFF [1] (schematisch)
max. Muldenausrundung: 36.000 m
max. relative Verformung des Unterbaus der freien Strecke: 15 mm
(30 mm bei gleichmäßgigen Verformungen mit Längen > 20 m)
max. relative Verformung aus Verkehr: 5 mm
Gradiente (Sollhöhe)
max. 60 mm
I
d
f
g
n Übergangsbereichen auf Brückenbauwerke brauchen nach dem
erzeitigen Stand nicht die vorgenannten strengen Grenzwerte der
reien Strecke eingehalten werden. Bild 2.2 zeigt die hier zulässi-
en Verformungsgrenzwerte.
Erdbautechnische Fachplanung 8
Gradiente (Solllage)
se+su
Länge lü
ψB
Verformungen
Erdbauwerk Brückenbauwerk
ψe+u
Bild 2.2:
Erläuterung: se Plastische Eigenverformungen des Erdkörpers su Plastische Verformungen des Untergrundes ψB Verdrehung eines Brückenbauwerkes im Übergangsbereich
zum Erdbauwerk ψe+u Verdrehung des Erdbauwerkes im Übergangsbereich zum
Brückenbauwerk infolge Eigensetzung und Untergrundver-formung
lü Länge des Übergangsbereiches auf ein Brückenbauwerk inBezug auf zulässige Verformungen
Zulässige Verformungen im Übergangsbereich auf Brücken-bauwerke: • se + su = 30 mm für lÜ = 20 m • tan ψB = 1 / 2.200 • tan ψe+u = 1 / 500 innerhalb von lÜ = 20 m
Übergangsbereiche auf Brückenbauwerke (schema-tisch) nach AKFF [1]
Erdbautechnische Fachplanung 9
An die Erdbauwerke wird die Anforderung gestellt, dass während
der Nutzungsdauer keine unzulässigen Verformungen auf der frei-
en Strecke einschließlich der Übergangsbereiche auf Brücken-
bauwerke auftreten.
Der Hochgeschwindigkeitszug erzeugt zyklisch-dynamische Ein-
wirkungen auf den Ober- und Unterbau. Die Ursachen und Aus-
wirkungen dieser Einwirkungen auf den Erdkörper sind in Bild 2.3
dargestellt.
Die Belastungszyklen sind unregelmäßig, da diese maßgeblich
vom Betrieb bestimmt werden. Die dynamische Einwirkung wird
durch die Fahrgeschwindigkeit, das Fahrzeuggewicht und dem
Zustand des Gleises und der Fahrzeuge hervorgerufen.
Diese zyklisch-dynamische Einwirkung verursacht Erschütterun-
gen und Spannungen im Erdkörper, die tiefenabhängig sind. In der
Folge erfüllt der Fahrweg aufgrund der mit einer Zusammenrütt-
lung oder einem plastischen Fließen einhergehenden Verformung
möglicherweise nicht mehr die geometrischen Anforderungen. Bei
fortschreitender Änderung der Bodenstruktur kann wegen der Ab-
nahme der Scherfestigkeit eine Gefährdung der Standsicherheit
auftreten.
Die Anforderung an die Erdbauwerke ergibt sich aus den vorge-
nannten Zusammenhängen. Durch eine geeignete Erdbautechnik
ist ein zyklisch-dynamisch stabiles Bauwerk zu schaffen.
Erdbautechnische Fachplanung 10
2.2.3 Sicherstellung der Langlebigkeit der Festen Fahrbahn
Die Lebens
Zeit definie
kann. Bei o
Instandsetz
Bild 2.3: Ursache und Auswirkungen zyklisch-dynamischer Einwirkungen auf ein Erdbauwerk
Masse auf perfek-
ter Fahrbahn
betriebsbeding-te Erregungen aus Fahrzeug
zeitliche Ein-flüsse aus Zug-folge, Zuglänge
unregelmäßige Störungen aus
Fahrzeug
zyklisch-dynamische Einwirkung
Qualität der Gleislage
Erzeugung von Porenwasser-
überdruck
Änderung der effektiven Bo-denspannun-
Änderung der Lagerungsdichte
Änderung der Korngrößen-
verteilung
Mögliche bodenmechanische Auswirkungen
Plastische
Verformungen
Zunahme der Frostempfindlich-
keit
Abnahme der
Scherfestigkeit
Abnahme der Ma-terialfestigkeit
(Schotter)
Mögliche Auswirkungen auf das Erdbauwerk
Lagerungsdichte Gesteins- und Kan-tenfestigkeit
Wassergehalt und Grundwasserstand
Konsistenz
dauer ist in der ENV 1991, Teil 1 als die angesetzte
rt, in der ein Bauwerk wie beabsichtigt genutzt werden
rdnungsgemäßer Unterhaltung dürfen keine größeren
ungsarbeiten notwendig werden.
Erdbautechnische Fachplanung 11
Bei der Betrachtung des Fahrweges darf keine Trennung zwi-
schen Ober- und Unterbau vorgenommen werden. Vielmehr ist
durch die Konstruktion und die Ausführung des Ober- und Unter-
baus sicher zu stellen, dass die planmäßige Lebensdauer von 60
Jahren (AKFF [1]) erreicht wird.
Aus Erfahrungen von bestehenden schienengebundenen Hochge-
schwindigkeitsstrecken mit Schotteroberbau ist bekannt, dass dem
Unterbau in diesem Zusammenhang eine wichtige Funktion zu-
kommt. Insbesondere bestimmt die Qualität des Unterbaus die
Häufigkeit von Instandsetzungsarbeiten des Oberbaus.
An die Erdbauwerke einer Hochgeschwindigkeitsstrecke mit Fe-
ster Fahrbahn wird die Anforderung gestellt, durch die Schaffung
einer hohen Qualität die Langlebigkeit des Oberbaus nicht
nachteilig zu beeinträchtigen.
2.3 Das Baugrundmodell
2.3.1 Allgemeines
Zur Erfassung der Eigenschaften des Baugrundes und der poten-
ziellen Erdbaustoffe muss ein Baugrundmodell aufgebaut werden,
das die Grundlage für die erdbautechnische Fachplanung darstellt.
Unter Beachtung der Erkenntnisse aus dem Modell und den vor-
genannten Anforderungen kann eine Erdbautechnik gewählt und
rechnerisch oder versuchstechnisch auf ihre Funktionsweise hin
überprüft werden.
Bei der Entwicklung des Modells sind zur Sicherstellung einer
wirtschaftlichen Bauweise und der Erfüllung der Anforderungen an
die Erdbauwerke folgende Aspekte zu beachten:
Erdbautechnische Fachplanung 12
• Durch eine zutreffende Beschreibung des Baugrundes können
sichere und wirtschaftliche Gründungsmaßnahmen geplant
werden.
• Durch eine zutreffende Beschreibung der beim Erd- oder Tun-
nelbau anfallenden Baustoffe kann das wirtschaftliche Poten-
zial der Massen genutzt werden.
2.3.2 Beschreibung des Baugrundes
Das Baugrundmodell muss zur Planung sicherer und wirtschaftli-
cher Gründungen den Baugrund zutreffend beschreiben. Auf
Grundlage des Modells können die Gründungsmaßnahmen rech-
nerisch auf ihre Funktionssicherheit geprüft werden. Durch die
Kombination einer Groberkundung und einer Feinerkundung kann
der Baugrund ausreichend genau beschrieben werden.
Die Groberkundung meint eine Recherche der Flächennutzung
und ehemaliger Baugrunderkundungen sowie die Auswertung von
Luftbildaufnahmen. Diese liefert erste Hinweise auf mögliche Pro-
blembereiche hinsichtlich der Tragfähigkeit und zur zyklisch-
dynamischen Stabilität.
Die Feinerkundung setzt sich aus direkten punktförmigen und indi-
rekten räumlichen Aufschlüssen zusammen. Boden- und felsme-
chanisch weitgehend gesicherte Erkenntnisse liefern nur direkte
Aufschlüsse. Es sind daher Rasteruntersuchungen mit einer Ver-
dichtung der Aufschlüsse in kritischen Bereichen notwendig. So-
fern dies technisch möglich ist, erfolgt durch eine geophysikalische
Messung eine indirekte räumliche Erkundung der Baugrundschich-
tung zwischen den Aufschlusspunkten. Für die direkten punktuel-
len Aufschlüsse ergibt sich folgendes Untersuchungsprogramm:
Erdbautechnische Fachplanung 13
• Es werden Rasterbohrungen nach DIN 4021 mit einem Re-
gelabstand von 50 m (HILLIG [11], AKFF [1]) bei einer Auf-
schlusstiefe nach DIN 4020 für Dammbauwerke von 0,8 bis
1,2 x Dammhöhe und für Einschnitte von
0,4 x Einschnittshöhe durchgeführt. Als Mindesttiefe ist bei
Dammbauwerken nach DIN 4020 6 m unter Gründungssohle
einzuhalten. Die erforderliche Mindesttiefe für Einschnitte er-
gibt sich aus der Notwendigkeit der Erfassung der zyklisch-
dynamisch relevanten Bereiche und sollte demzufolge 3 m un-
ter Schienenoberkante nicht unterschreiten.
• Sofern die Untersuchung kritische Bereiche aufgezeigt hat,
sind neben der Untersuchung der Störstelle selbst Zusatzun-
tersuchungen zur Eingrenzung dieser Bereiche notwendig.
Hierzu bieten sich Kleinbohrungen nach DIN 4021 und Son-
dierungen nach DIN 4094 an. Unter kritischen Bereichen wer-
den solche Baugrundabschnitte verstanden, die möglicherwei-
se aus Sicht der Anforderungen als problematisch einzustufen
sind. Ganz allgemein handelt es sich um Böden mit hoher Zu-
sammendrückbarkeit oder zyklisch-dynamisch instabile Bö-
den. Eine Zuordnung einer Bodenschichtung in diese Katego-
rie ist der Tabelle 2.1 zu entnehmen. Hohe Grundwasserstän-
de sind kritisch, da die Wassersättigung den Prozess des pla-
stischen Fließens verstärken kann. Die in der Tabelle 2.1 auf-
geführten Kenngrößen für die zyklisch-dynamische Stabilität
stellen Erfahrungswerte dar, die in einem zwischenzeitlich zu-
rück genommenen Entwurf zu einem Regelwerk der Deut-
schen Bahn AG enthalten sind (MO 836.0401 [20]).
Erdbautechnische Fachplanung 14
Kenngröße Bedeutung Feinkörnige Böden Zusammendrückbarkeit
Breiige oder weiche Konsistenz zyklisch-dynamische Stabilität
Lockere oder mitteldichte Lagerung
zyklisch-dynamische Stabilität
GW-Stand bis 3,0 m unter SO zyklisch-dynamische Stabilität
Tab. 2.1: Erfahrungswerte für kritische Bereiche bei der Baugrundbeschreibung
In Tabelle 2.2 ist der Mindestumfang der bodenmechanischen Un-
tersuchungen zur Erfassung der bautechnischen Eigenschaften
des Baugrundes zusammengestellt. Die bezogene Lagerungsdich-
te und die Konsistenz sind aufgrund empirischer Erkenntnisse als
maßgebliche Größe im Zusammenhang mit der zyklisch-
dynamischen Stabilität anzusehen (vgl. auch Tabelle 2.1). Der
Steifemodul und der Konsolidierungsbeiwert aus dem Kompressi-
onsversuch dienen der Abschätzung der Größe der Setzungen
und des Zeitsetzungsverhaltens.
Nach derzeitigem Kenntnisstand wird davon ausgegangen, dass
bei der Gründung des Fahrweges auf felsigem Untergrund keine
zyklisch-dynamischen Stabilitätsprobleme zu erwarten sind. Die
Untersuchungen nach Tabelle 2.3 beschränken sich somit auf die
übliche Beschreibung der bautechnischen Eigenschaften von Fels.
Die Witterungsbeständigkeit des anstehenden Felses ist von gro-
ßer Bedeutung für die Verwendung des Materials als Dammbau-
stoff. Mögliche Verwitterungen führen zu unplanmäßigen plas-
tischen Verformungen, die aus der Sicht der hohen Anforderungen
an die Verformungen des Fahrweges kritisch sind, und erhöhen
die Frostempfindlichkeit des Erdbauwerkes.
Erdbautechnische Fachplanung 15
Bed
eutu
ng
Gru
ndsä
tzlic
he B
eurte
ilung
de
r Böd
en a
ls B
augr
und
und
Erdb
aust
off
Gru
ndsä
tzlic
he B
eurte
ilung
de
r Böd
en a
ls B
augr
und
und
Erdb
aust
off
Gru
ndla
gen
der s
tatis
chen
St
ands
iche
rhei
tsna
chw
eise
Zykl
isch
-dyn
amis
che
Stab
ilität
von
gew
achs
enen
, gr
obkö
rnig
en B
öden
Zykl
isch
-dyn
amis
che
Stab
ilität
von
gew
achs
enen
, bi
ndig
en B
öden
Verfo
rmun
gsve
rhal
ten
Ken
ngrö
ße
Bode
nkla
ssifi
katio
n na
ch
DIN
18
196
Bode
nkla
ssifi
katio
n na
ch
DIN
18
196
Sche
rpar
amet
er
Bezo
gene
Lag
erun
gsdi
chte
Kons
iste
nz (i
n Ve
rbin
dung
m
it d
en P
last
izitä
tsgr
enze
n na
ch Z
eile
2)
Stei
fem
odul
, Kon
solid
ie-
rung
sbei
wer
t
Prüf
norm
DIN
18
123
DIN
18
122
DIN
18
137
DIN
18
124
DIN
18
125
DIN
18
126
DIN
18
121
DIN
18
135
Entw
urf J
uni
1999
Vers
uchs
art
Korn
größ
enve
rteilu
ng
Plas
tizitä
tsgr
enze
n
Dre
iaxi
aler
Dru
ckve
rsuc
h
Dic
hte,
Kor
ndic
hte,
Gre
nzen
de
r Lag
erun
gsdi
chte
Was
serg
ehal
t
Kom
pres
sion
sver
such
Zeile
1 2 3 4 5 6
Tab. 2.2: Mindestumfang der bodenmechanischen Untersuchungen
Erdbautechnische Fachplanung 16
Bed
eutu
ng
Gru
ndsä
tzlic
he B
eurte
ilung
de
s Fe
lses
Gru
ndsä
tzlic
he B
eurte
ilung
de
s Fe
lses
Verw
endb
arke
it vo
n G
este
i-ne
n al
s D
amm
baus
toff
Fels
mec
hani
sche
Ber
ech-
nung
Ken
ngrö
ße
Art d
es F
else
s, T
renn
fläch
en
Verw
itter
ungs
grad
Zerfa
llsza
hl
Sche
rpar
amet
er (D
reia
xial
-ve
rsuc
h), E
last
izitä
tsm
odul
Nor
m
DIN
402
2
nach
FG
SV
DIN
52
106
nach
DG
EG N
r. 1,
2 d
es A
K 19
Vers
uchs
art
Besc
hrei
bung
des
Fel
ses
Verw
itter
ung
Witt
erun
gsbe
stän
digk
eit
Eina
xial
er o
der d
reia
xial
er
Dru
ckve
rsuc
h
Zeile
1 2 3 4
Tab. 2.3: Mindestumfang der felsmechanischen Untersuchungen
Erdbautechnische Fachplanung 17
2.3.3 Beschreibung der anfallenden Erdmassen als Baustoffe
Die anfallenden Erdmassen sind hinsichtlich ihrer Material-
Kennwerte zu erfassen. Mit Hilfe der Kennwerte des Aushubbo-
dens (z.B. Reibungswinkel, Kohäsion) kann im Zuge der Fachpla-
nung die Funktionssicherheit der gewählten Erdbau-
Konstruktionen rechnerisch überprüft werden. Bei Tunnelaus-
bruchmassen und / oder anderen durch den Lösevorgang relevant
veränderte Böden sind die Material-Kennwerte der veränderten
Massen zu ermitteln.
Die DIN 18 196 bestimmt Bodengruppen nach bautechnischen Ei-
genschaften. Diese verschiedenen Bodengruppen können für
Hochgeschwindigkeitsstrecken mit Fester Fahrbahn aus erdbau-
technischer Sicht weiter zusammengefasst werden. Erdbautechni-
sche Bodengruppen (EBG) sind demzufolge Bodenarten mit an-
nähernd gleichem stofflichen Aufbau und ähnlichen Eigenschaften
unter Berücksichtigung der Anforderungen an den Erdbau für eine
Hochgeschwindigkeitsstrecke mit Fester Fahrbahn.
Folgende erdbautechnische Bodengruppen werden definiert:
• Baustoffe mit Frostschutzqualität (EBG 1)
Bodengruppen GW, GI, GE, SW, SI nach DIN 18 196
• Zyklisch-dynamisch stabile Baustoffe (EBG 2)
Bodengruppen SE, GU, GT, SU, ST nach DIN 18 196
• Baustoffe für Erddämme außerhalb der Einwirkung zyklisch-
dynamischer Lasten (EBG 3)
Bodengruppen GU, GT, SU, ST, UL, UM, TL nach DIN
18 196
Erdbautechnische Fachplanung 18
• Sonstige Böden (EBG 4)
Bodengruppen UA, TM, TA, OU, OT, OH, OK, HN, HZ, F, A
nach DIN 18 196
Diesen erdbautechnischen Bodengruppen werden zur Vereinfa-
chung der erdbautechnischen Fachplanung charakteristische Ma-
terial-Kennwerte zugeordnet. Hierauf wird im Abschnitt 2.4 „Erd-
bautechnische Fachplanung“ vertiefend eingegangen.
2.3.4 Beispiel eines Baugrundmodells
Bild 2.4 zeigt schematisch ein Beispiel eines Baugrundmodells.
Als Ergebnis eines solchen Modells werden der Baugrund und die
Erdbaustoffe im Grundriss und im Querschnitt dargestellt und alle
Informationen eingetragen.
Erdbautechnische Fachplanung 19
Z Z
Gradiente
Bild 2.4:
Zusatzaufschluss
Rasterbohrung
Anschüttung
R
GRUNDRISS
R R
R
R
Z
GW
Schicht 1
Schicht 2
Schicht 3
Anschüttung
LÄNGSSCHNITT
R R
R R
Z Z
Erdbautechnische Bodengruppe
Schicht 1 ............. Schicht 2 ............. Schicht 3 ............. Anschüttung .............
Charakteristische Material-Kennwerte
Schicht 1 ............. Schicht 2 ............. Schicht 3 ............. Anschüttung .............
Das Baugrundmodell (schematisches Beispiel)
Festgestein
Erdbautechnische Fachplanung 20
2.4 Erdbautechnische Fachplanung
2.4.1 Allgemeines
Durch die erdbautechnische Fachplanung wird die vorgesehene
Erdbautechnik rechnerisch oder versuchstechnisch auf ihre Funk-
tionsweise hin überprüft. Grundlage hierfür sind neben dem Bau-
grundmodell nach Bild 2.4 die anerkannten Regeln der Technik.
Hierunter fallen sämtliche Vorschriften und Bestimmungen, die
sich in der Theorie als richtig erwiesen und in der Praxis bewährt
haben. Die Erdbautechnik für Hochgeschwindigkeitsstrecken mit
Fester Fahrbahn ist einer kontinuierlichen Weiterentwicklung un-
terworfen. Es obliegt dem jeweiligen Ingenieur, den aktuellen
Stand der anerkannten Regeln der Technik in die Fachplanung zu
integrieren.
In dem zwischenzeitlich zurück genommenen Entwurf zur Richtli-
nie MO 836.0401 [20] der Deutschen Bahn AG sind verschiedene
Nachweise enthalten. Diese berücksichtigen den Kenntnisstand
bis 1997 und wurden teilweise aufgrund von Analogieschlüssen
formuliert oder beruhen auf Modellversuchen. Daher sind die
Nachweise unter Berücksichtigung der hohen Anforderungen an
den Unterbau der freien Strecke hinsichtlich der Aussagegenauig-
keit kritisch zu bewerten. In den folgenden Ausführungen werden
daher die anerkannten Regeln der Technik als Grundlage der erd-
bautechnischen Fachplanung herangezogen. Dort wo keine gesi-
cherten Erfahrungen vorliegen, werden versuchstechnische Mög-
lichkeiten zur Überprüfung der Funktionssicherheit der gewählten
Konstruktion aufgezeigt.
In den Regelwerken der Deutschen Bahn AG und in der Vielzahl
von Veröffentlichungen zum Erdbau für schienengebundene Fahr-
Erdbautechnische Fachplanung 21
Fahrwege hat sich das Verständnis durchgesetzt, Erdkörper für
solche Fahrwege als Ingenieurbauwerk zu verstehen. Dies bein-
haltet die Schaffung eines fachgerechten und ingenieurtechnisch
überwachten Bauwerkes. Unter fachgerecht ist hierbei ein ge-
schichteter Erdkörper, dessen Aufbau sich an definierten Anforde-
rungen orientiert, zu verstehen. Zur Erfüllung dieser Anforderun-
gen sind, wie bereits erläutert, planerische, versuchstechnische
sowie weitere konzeptionelle Maßnahmen während der Bauaus-
führung notwendig. Die planerischen und versuchstechnischen
Maßnahmen sind Bestandteil dieses Abschnittes, während auf die
weiteren konzeptionellen Schritte im dritten Abschnitt dieser Arbeit
eingegangen wird. Die ingenieurtechnische Überwachung meint
die Kontrolle des Bauwerkes während der Nutzungsphase, die
nicht Gegenstand dieser Arbeit ist.
Bild 2.5 zeigt einen solchen geschichteten Erdkörper als erdbau-
technischen Regelaufbau für das Oberbausystem Feste Fahrbahn
der freien Strecke. Hierbei wurde entgegen den vorgenannten Re-
gelwerken, insbesondere dem AKFF [1] und den Publikationen die
einzelnen Schichten nicht als Bodengruppe nach DIN 18196 son-
dern entsprechend der wesentlichen Funktion bezeichnet.
Erdbautechnische Fachplanung 22
Die Frostschutzschicht (Zone 5) besteht aus frostsicherem Materi-
al und hat wie die zyklisch-dynamische Sicherungsschicht (Zo-
ne 3) die Aufgabe der Sicherstellung einer zyklisch-dynamischen
Stabilität u
mungen au
diesen beid
dung von
Tragsystem
bensdauer
Bild 2.5: Erdbautechnischer Regelquerschnitt für die freieStrecke (schematisch)
Dammschüttung
Hydraulisch gebundene Tragschicht
Betontragschicht
Schwelle
Zyklisch-dynamische Siche-rungsschicht
Frostschutzschicht
Schiene O
berb
au
Zone 5
Zone 3
Zone 2
Zone 1
Unt
erba
u
Untergrund
nd eines ausreichenden Widerstandes gegen Verfor-
s Verkehrsbelastung. Die Funktionstrennung zwischen
en Schichtungen besteht in der Aufgabe der Vermei-
Frostschäden im Oberbau. Durch dieses zweistufige
mit abnehmender dynamischer Steifigkeit wird die Le-
des Oberbaus günstig beeinflusst. Die Höhe der zyk-
Erdbautechnische Fachplanung 23
lisch-dynamischen Sicherungsschicht richtet sich nach der maß-
geblichen Einwirkungstiefe der Verkehrslast.
Die Dammschüttung (Zone 2) wird aus verwitterungsbeständigem
Material so hergestellt, dass keine unzulässigen Eigenverformun-
gen auftreten. Die Höhe der Dammschüttung ist so vorzusehen,
dass die geplante Sollhöhe der Oberkante Frostschutzschicht er-
reicht wird. Hierzu ist die Abmessung der zyklisch-dynamischen
Sicherungsschicht und der Frostschutzschicht abzuziehen.
Unterhalb der Dammschüttung folgt der Untergrund (Zone 1), der
eine sichere Gründung der Erdbauwerke gewährleisten muss.
Hierzu gehören auch die entsprechenden Gründungsmaßnahmen.
Dem Unterbau der freien Strecke kommt die Aufgabe der Sicher-
stellung der äußeren Standsicherheit und der inneren Stabilität zu.
Die Zonengrenzen sind so aufeinander abzustimmen, dass die
Grenzflächenstabilität gewährleistet wird.
Für die Übergangsbereiche auf Brückenbauwerke ist eine geson-
derte Betrachtung der Zonen erforderlich, da hier spezielle Aufga-
ben zu erfüllen sind. Bild 2.6 zeigt schematisch den Aufbau eines
solchen Zonenpaketes.
Erdbautechnische Fachplanung 24
Dieser Querschnitt unterscheidet sich von dem vorgenannten da-
rin, dass die zyklisch-dynamische Sicherungsschicht und die
Dammschüttung durch eine Hinterfüllschicht (Zone 4) ersetzt wird.
Hintergrund
einer fahrd
Setzungsdi
kann. Des
mit Schotte
im Unterba
Bild 2.6: Erdbautechnischer Regelquerschnitt für Übergangs-bereiche auf Brückenbauwerke entsprechend demAKFF [1] (schematisch)
Hydraulisch gebundene Tragschicht
Betontragschicht
Schwelle
Hinterfüllschicht
Frostschutzschicht
Schiene O
berb
au
Zone 5
Zone 4
Zone 1
Unt
erba
u
Untergrund
ist die Schaffung einer Bodenzone zur Vermeidung
ynamisch unverträglichen Setzungsmulde, die aus der
fferenz zwischen Erdkörper und Bauwerk entstehen
Weiteren ist aus Schadensfällen bei Oberbausystemen
r bekannt, dass ein Sprung der dynamischen Steifigkeit
u zu Schäden im Oberbau führen können.
Erdbautechnische Fachplanung 25
≥ 3,0 m unter SO
Zone 2
120
60
45 Zone 3
Zone 5
GU, GT, SU, ST 1,00 GW, GI, GE, SW, SI, SE 1,00
1,00 GW, GI, GE, SW, SI, k ≥ 10-5 m/s
GU, GT, SU, ST 1,00
Die Hinterfüllschicht muss somit die Aufgaben der zyklisch-
dynamischen Sicherungsschicht übernehmen und zugleich eine in
Richtung Brückenbauwerk möglichst kontinuierliche Zunahme der
dynamischen Steifigkeit bei gleichzeitiger Verformungsarmut ge-
währleisten.
Die vorgenannten Zonenkonstruktionen nach Bild 2.5 und Bild 2.6
finden sich grundsätzlich auch im AKFF [1] wieder. Hier werden
den einzelnen Zonen Bodengruppen nach DIN 18 196 zugewie-
sen.
Die Zuordnung einzelner Bodenklassen zu den erdbautechnischen
Zonen stellt ein Regulativ dar, das möglicherweise zu einer un-
wirtschaftlichen Lösung führt. Es sollte in diesem Zusammenhang
dem wirtschaftlichen Grundsatz der Abstimmung der Erdbautech-
nik auf die anfallenden Erdbaustoffe Rechnung getragen werden.
Bild 2.7 bis 2.9 zeigt den Zonenaufbau nach dem AKFF [1] für
Dammbauwerke, Einschnitte und den Übergangsbereich auf
Brückenbauwerke.
Bild 2
Grob
.7:
Ev2–Wert [N/mm²] Dpr [-]
0,98 GW, GI, GE, SW, SI, SE
0,98 GW, GI, GE, SW, SI, SE
GU, GT, SU, ST, UL, UH, TL na ≤ 12% 0,97
Zone 2
körnige Böden Gemischt und feinkörnige Böden Zone 1
Anforderungen an die Erdbautechnik für Dammbau-werke nach AKFF [1] (schematisch)
Erdbautechnische Fachplanung 26
60
mitteldichte bzw. dichte Lagerung
Ev2–Wert [N/mm²]
120
0,98 Zone 3
Zone 5 1,00
0,97
Dpr [-]
GW, GI, GE, SW, SI, k ≥ 10-5 m/s
na ≤ 0,12 ≥ 3,0 m unter SO
Zone 1
Zur rechnerischen Prüfung der vorgesehenen Erdbautechnik ist
eine überschlägliche Massenbilanz zwischen den anfallenden Bo-
Grobkörnige Böden (keine sackungsge-fährdeten Sande)
Gemischt und feinkörnige Böden mit IC ≥ 0,5, (außer TA, UA, TM)
Bild 2.8: Anforderungen an die Erdbautechnik für Einschnittenach AKFF [1] (schematisch)
Zone 1
Zone 5
Ev2 – Wert [N/mm²] Dpr [-]
Zone 4
120
60
45
1,00 0,98
1,00 GW, GI, GE, SW, SI, k ≥ 10-5 m/s
GW, GI, GE, SW, SI Zone 4, zementverfestigt
Bild 2.9: Anforderungen an die Erdbautechnik für Übergangsbe-reiche auf Brückenbauwerke nach AKFF [1], (schema-tisch)
denm
Absch
die Zo
nung
ben s
schen
gutac
assen
nitt 2
nen n
der e
ich di
Mate
hten z
, definiert als erdbautechnische Bodengruppen nach
.3.3 und den benötigten Schüttmassen, bestimmt durch
ach den Bildern 2.5 und 2.6 erforderlich. Durch Zuord-
rdbautechnischen Bodengruppen zu den Zonen erge-
e der Fachplanung zugrunde zu legenden charakteristi-
rial-Kennwerte. Diese Kennwerte sind dem Baugrund-
u entnehmen (vgl. Abschnitt 2.3.3 „Beschreibung der
Erdbautechnische Fachplanung 27
anfallenden Erdmassen als Baustoffe“). Sofern die Massenbilan-
zierung Fehlmassen bei den benötigten Schüttgütern aufzeigt,
sind die bodenmechanischen Kennwerte für die notwendigen Bo-
denkonditionierungsmaßnahmen oder die Fremdmassen zu
bestimmen. Im Zuge der Fachplanung sollte man dann solche Ma-
terial-Kennwerte festlegen, die unabhängig von der Herkunft der
Massen oder Bodenkonditionierungsmaßnahmen gültig sind.
Hierdurch können spätere Umplanungen vermieden werden. Auf
diese Zusammenhänge wird im Abschnitt 3.2.2 „Planung der Mas-
senlogistik“ und Abschnitt 4 „Prozessablauf bei der Umsetzung
des Konzeptes“ näher eingegangen.
Die erdbautechnische Fachplanung kann wie folgt gegliedert wer-
den:
• Bemessung der Erdbauwerke und Gründungen
• Sicherung der zyklisch-dynamischen Stabilität
• Nachweis der Grenzflächenstabilität
• Übergangsbereiche auf Ingenieurbauwerke
Da die Planung auf den anerkannten Regeln der Technik beruht,
wird in den folgenden Ausführungen auf die Besonderheiten der
Fachplanung des Erdbaus für eine Hochgeschwindigkeitsstrecke
mit Fester Fahrbahn eingegangen.
2.4.2 Bemessung der Erdbauwerke
Die Bemessung besteht aus den nachstehend aufgeführten Be-
standteilen:
• Standsicherheit im Bauzustand
• Standsicherheit im konsolidierten Zustand
• Standsicherheit unter Betrieb
Erdbautechnische Fachplanung 28
• Verformungsnachweise
Die Aufgabe der Bemessung ist die rechnerische Prüfung des sta-
tischen Systemverhaltens und der Systemverformungen. Die hier-
zu verwendeten Bemessungsnachweise beruhen auf theoreti-
schen Modellen, die einer ständigen Weiterentwicklung unterwor-
fen sind. Auch wenn neuere Modelle nicht die erforderliche Ge-
nauigkeit liefern können, so beschreiben sie möglicherweise das
tatsächliche Systemverhalten besser und sind daher im Sinne ei-
ner wirtschaftlichen Optimierung begrüßenswert.
Die Standsicherheitsnachweise führen den Nachweis der Si-
cherheit gegen einen definierten Grenzzustand. Sofern erforder-
lich, sind statische Nachweise für Bauzustände zu erbringen. Dies
ist in der Regel nicht notwendig, da Bauzustände im Erdbau in den
meisten Fällen nicht den maßgeblichen Lastfall darstellen.
Folgende Versagensmöglichkeiten sind u.a. nach der RIL 836 [25]
zu beachten:
• Grundbruch
• Geländebruch bzw. Böschungsbruch
• Spreizbruch
• Gleiten
Es sind die statischen Standsicherheitsnachweise unter Berück-
sichtigung des Lastbildes UIC 71 nach der DS 804 [4] zu führen.
Nach GAFF [8] darf das Lastbild UIC 71 auf 80 % reduziert wer-
den. Hintergrund sind die leichteren Hochgeschwindigkeitszüge,
bei denen alle Achsen angetrieben werden. Zugleich ist dieses
Lastbild um 30 % zur Berücksichtigung der gesteigerten Boden-
Erdbautechnische Fachplanung 29
spannungen infolge der dynamischen Belastung aus dem Hoch-
geschwindigkeitszug zu erhöhen (HILLIG [12], MO 836.0401 [20]).
Dies führt nahezu wieder auf das Lastbild UIC 71.
Die erforderlichen Verformungsnachweise sind für die nachste-
henden Ursachen zu führen:
• Verformungen des Untergrundes
• Verformungen des Erdkörpers
• Verformungen aus Verkehrsbelastungen
Hinsichtlich der Verformungen des Untergrundes gilt es zu be-
achten, dass Neubaustrecken erhebliche Längen (100 km und
mehr) bei häufig stark wechselnden Eigenschaften des Unter-
grundes aufweisen können. Es sind sehr umfangreiche bodenme-
chanische Untersuchungen zur Ermittlung des Verformungsverhal-
tens des Bodens notwendig, die kosten- und vor allem zeitintensiv
sind (z.B. Kompressionsversuch 7 bis 20 Tage, VON SOOS [38]).
Die Verformungsberechnungen erfolgen i.d.R. mit einem linearen
Steifemodul aus Kompressionsversuchen. Hierdurch bedingen
sich die nachstehend erläuterten Aspekte, die bei der Bewertung
der Ergebnisse einer Verformungsberechnung beachtet werden
müssen:
• Bei der Verwendung des vorgenannten Steifemoduls aus dem
Kompressionsversuch wird vereinfacht davon ausgegangen,
dass innerhalb eines gewissen Bereiches unter der Lastmitte
schubspannungsfreie Verhältnisse vorliegen und in den bau-
technisch relevanten Spannungsbereichen die Drucksetzungs-
linie durch eine Sehne ersetzt werden kann.
Erdbautechnische Fachplanung 30
• Alle bodenmechanischen Parameter unterliegen einer natürli-
chen und versuchstechnisch bedingten Streuung. Der Steife-
modul aus dem Kompressionsversuch weist beispielsweise
einen Variationskoeffizienten von 25 % – 49 % (VON SOOS
[38]) auf.
Die Genauigkeit der Verformungsberechnung hängt aber nicht nur
von den bodenmechanischen Kennwerten, sondern auch von dem
verwendeten Berechnungsmodell ab. Kalibrierungsberechnungen
anhand von Messergebnissen sind nach NEIDHARD UND AST
[23] aufgrund des erforderlichen Aufwandes nicht sinnvoll.
Aus obigen Randbedingungen folgt insbesondere unter Beachtung
der zulässigen geometrischen Verformungen des Unterbaus der
freien Strecke für die Auswertung der gewonnenen Berechnungs-
werte, dass diese nur als Abschätzung des tatsächlichen Verfor-
mungsverhaltens zu interpretieren sind. Die Konstruktion der Erd-
bauwerke erfolgt auf Grundlage der Abschätzung des Verfor-
mungsverhaltens, möglichst unter optionaler Berücksichtigung von
Maßnahmen im Falle unerwarteter Verformungen. Da sich die
Setzungen erst nach Lastaufbringung einstellen, ist dies eine sehr
theoretische Überlegung, die aufgrund der geringen Umsetzbar-
keit kaum realisiert werden kann. Grundsätzlich sind Maßnahmen
zur Überhöhung der Bauwerke geeignet.
Aufgrund der strengen geometrischen Anforderungen ist die
Durchführung von Verformungsmessungen zwingend erforderlich.
Auf eine entsprechende, zielgerichtete Umsetzung wird später ein-
gehend eingegangen.
Erdbautechnische Fachplanung 31
Die Eigenverformungen des Erdkörpers können bei konstanter
Steifeziffer nach MO 836.0402 [21] wie folgt abgeschätzt werden:
Dabei sind:
γ → Wichte des feuchten Bodens
h → Höhe der Erdkörpers
Estat → Statischer Steifemodul aus dem Kompressionsver-
such
Die Eigenverformungen der Erdkörper sind gering und erfah-
rungsgemäß nach wenigen Monaten abgeklungen und werden
daher bei der weiteren Betrachtung in der Regel nicht berücksich-
tigt.
Zur Fragestellung des Verhaltens von Böden unter zyklisch-
dynamischer Belastung liegen verschiedene Publikationen vor.
Hiernach werden die plastischen Verformungen infolge von Verkehrsbelastungen von einer Vielzahl von Parametern beein-
flusst.
In der Praxis hat sich das Verständnis durchgesetzt, dass bei Ein-
haltung der Anforderungen nach dem AKFF [1] (vgl. Bild 2.7 bis
2.9) die Setzungen aus Verkehrsbelastungen nicht den zulässigen
Wert von 5 mm überschreiten werden. Dies wird somit als gesi-
cherte Erkenntnis betrachtet. Für den planenden Ingenieur stellt
sich die Frage der Abschätzung des Verformungsverhaltens unter
Verkehrslast also nur dann, wenn von den Forderungen des AKFF
[1] abgewichen wird.
se = γ ⋅ h² 2 ⋅ Estat
Erdbautechnische Fachplanung 32
Über das Langzeitverhalten von Böden unter zyklisch-
dynamischer Einwirkung bei Hochgeschwindigkeitsverkehr in Ver-
bindung mit dem Oberbausystem Feste Fahrbahn liegen keine
gesicherten Erkenntnisse oder Erfahrungswerte vor. Der Nach-
weis für nicht wassergesättigte und wassergesättigte, nicht bindige
Böden kann nach Bild 2.10 geführt werden. Diese Nachweisform
basiert auf Modellversuchen der Technischen Universität Karlsru-
he (vgl. RÜCKER [27]). Bis zum Vorliegen gesicherter Erkenntnis-
se hinsichtlich des Langzeitverformungsverhaltens muss gegebe-
nenfalls auf diesen Ansatz zurückgegriffen werden.
In Bild 2.10 wurde der vorgenannte Nachweis unter Berücksichti-
gung der spezifischen Randbedingungen einer Hochgeschwindig-
keiststrecke mit Fester Fahrbahn ausgewertet. Es wird ersichtlich,
dass rechnerisch ein Steifemodul von Edyn = 90 MN/m² entspre-
chend Estat = 30 - 45 MN/m² (vgl. FLOSS [7]) ausreicht, um die
geometrische Anforderung von maximal 5 mm Setzung aus Ver-
kehrsbelastung zu gewährleisten.
Die Praxis zeigt, dass i.d.R. erdfeuchte, gewachsene sowie ge-
schüttete und verdichtete Böden einen größeren statischen Stei-
femodul als Estat = 30 - 45 MN/m² aufweisen. Insoweit zeigt die in
Bild 2.10 enthaltene Auswertung der Ergebnisse der o.g. Modell-
versuche, dass der zulässige Verformungsgrenzwert für zyklisch-
dynamische Einwirkungen nach AKFF [1] für die Konstruktion der
Erdbauwerke kaum Bedeutung hat.
Erdbautechnische Fachplanung 33
• sv = s1 ⋅ (1 + cN ⋅ ln N) ≤ 5 mm1) s1 = → Verformung nach der ersten Zug-
überfahrt (1 + cN ⋅ ln N) → Kriechanteil infolge zyklischer Bean-
spruchung 2) - σstat = 43,65 kN/m² → Radsatzlasten P bezogen auf eine
Breite der HGT von 3,58 m 3) - κ = 0,80 → Abminderung für Radsatzlasten ei-
nes Hochgeschwindigkeitszuges 4) - kdyn = 1,30 → Lasterhöhungsfaktor zur Berücksich-
tigung dynamischer Lasten 5) - Edyn → Dynamischer Steifemodul - bHGT = 3,58 → Breite der HGT - f = 0,50 → Setzungsbeiwert nach DIN 4017 aP / bHGT = 1,79 mit aP = 6,40 m 6) z / bHGT = 0,84 mit z = 3,00 m 7) - cN ≅ 0,0225 √ κ ⋅ P = 0,32 → Zyklischer Faktor 8) - N = 106 → Anzahl der Zugübergänge 9)
⇒ sv = s1 ⋅ (1 + 0,32 ⋅ ln 106) ≤ 5 mm1) daraus folgt: s1 ≈ 1 mm
• Edyn = = ≈ 90 MN/m² • Erläuterungen
1) zulässiger Grenzwert gem. AKFF [1] 2) vgl. MO 836.0402 [22] 3) erforderliche Breite der HGT gem. Berechnungsverfahren EISEN-
MANN UND MATTNER [6], Radsatzlast P gem. DS 804 [4] 4) vgl. statischer Abminderungsfaktor gem. GAFF [8] 5) vgl. HILLIG [11], MO 836.0401 [21] 6) aP gem. Las7) z entspricht8) vgl. KEMPF9) Größtwert f
σstat ⋅ κ ⋅ kdyn Edyn
⋅ bHGT ⋅ f
Bild 2.10: Auswertukehrslasten, nichschwindi
⋅ b ⋅ f σstat ⋅ κ ⋅ kdyn s1
43,65 ⋅ 0,80 ⋅ 1,30 1 ⋅ 10-3
⋅ 3,58 ⋅ 0,50
tannahmen der DS 804 [4] für das Lastbild UIC 71 der zyklisch-dynamisch relevanten Tiefe gem. AKFF [1] ERT UND VOGEL [17], MO 836.0402 [22] ür hochbelastete Strecken, vgl. MO 836.0401 [21]
ng des plastischen Verformungsnachweis für Ver-ten bei nicht wassergesättigten und wassergesättig-t bindigen Böden für Erdbauwerke von Hochge-
gkeitsstrecken mit Fester Fahrbahn
Erdbautechnische Fachplanung 34
Das Stoffverhalten von bindigen, wassergesättigten Böden unter
Verkehrslast ist weitaus diffiziler. In der folgenden Betrachtung soll
das Verformungsverhalten solcher Böden unter Verkehrseinwir-
kung erläutert werden.
KEMPFERT UND HU [16] stellen fest, dass das mechanische
Verhalten von bindigen, wassergesättigten Böden unter zyklischer
Belastung abhängig von einer Vielzahl von Faktoren ist. Ein all-
gemein gültiges, abgesichertes Stoffgesetz liegt bisher nicht vor.
Die Modellvorstellung von KEMPFERT UND HU [16] geht davon
aus, dass unter zyklischer Belastung sich bei kontraktanten, was-
sergesättigten bindigen Böden zunächst ein Porenwasserüber-
druck mit plastischen, undränierten Scherverformungen aufbaut.
Dies erfolgt bis zu einem Grenzwert, ab dem der Porenwasser-
überdruck wieder abnimmt und sich dränierte plastische Verfor-
mungen einstellen. Dieses Stoffverhalten wird neben der Einwir-
kung maßgeblich durch die Durchlässigkeit und die Rekompressi-
on bestimmt. Als weiterer Einfluss ist der Abstand zum Entwässe-
rungsrand zu sehen. Die effektiven Spannungen sind nicht kon-
stant über den Querschnitt, mit der Folge, dass es bei entspre-
chend hohen zyklischen Einwirkungen zu einem lokalen Scher-
bruch kommen kann. Dieser wird dann durch Lastumlagerung
überbrückt, so dass ein Versagen des Gesamtsystems nicht
zwangsweise eintreten muss.
Zur Erfassung dieses komplexen Stoffverhaltens kann ein Modell
mit der FE-Methode aufgebaut werden (vgl. KEMPFERT UND HU
[16]). Inwieweit ein solches Modell verlässliche Zahlenwerte liefert,
kann an dieser Stelle nicht beurteilt werden. Hierzu sind umfang-
reiche Messreihen und Auswertungen erforderlich.
Erdbautechnische Fachplanung 35
Die sichere Beurteilung des Langzeitverhaltens von wassergesät-
tigten, bindigen Böden unter zyklisch-dynamischer Belastung ist
zurzeit noch nicht möglich. Es liegt ohnehin nur ein Modell für kon-
traktante, bindige Böden vor. Bis zum Vorliegen gesicherter Er-
kenntnisse sollten wassergesättigte, bindige Böden nicht im Ein-
flussbereich hoher Eisenbahnverkehrslasten belassen werden.
Dieser Grundsatz ist auch im AKFF [1] verankert, der die Belas-
sung solcher Böden mindestens bis in eine Tiefe von 3,0 m unter
Schienenoberkante ausschließt.
Soll aus Erwägungen der Wirtschaftlichkeit dem Grundsatz nicht
gefolgt werden, so kann das langzeitige Verformungsverhalten
auch versuchstechnisch überprüft werden. Es wird in diesem Zu-
sammenhang auf die Ausführungen des folgenden Abschnittes
verwiesen. Hier werden versuchstechnische Möglichkeiten zur
Überprüfung des Verformungsverhaltens aufgezeigt.
2.4.3 Sicherung der zyklisch-dynamischen Stabilität
2.4.3.1 Allgemeines
Neben planmäßigen Setzungen infolge von Verkehrslasten ist die
Problematik von unkontrolliert ablaufenden und unverhältnismäßig
großen Verformungen zu beachten.
In der Bodenmechanik ist die Wechselwirkung zwischen zyklisch-
dynamischen Beanspruchungen und plastischen Verformungen
dem Grunde nach bekannt. Zyklisch angeregte Wellen können die
sogenannte Bodenverflüssigung durch Abbau der Scherfestigkeit
des Bodens hervorrufen. Des Weiteren kann es infolge hoher zyk-
lisch-dynamischer Einwirkungen zu einer Kantenzertrümmerung
von Gesteinen kommen (vgl. Bild 2.3).
Erdbautechnische Fachplanung 36
In diesem Abschnitt wird also die Frage der zyklisch-dynamischen
Stabilität erörtert und gezeigt, wie diese nachgewiesen werden
kann. Insoweit bezieht sich hier die Betrachtung der zyklisch-
dynamischen Einwirkungen auf das mögliche Stabilitätsversagen
und nicht auf die Frage der Gebrauchstauglichkeit, die im vorigen
Abschnitt im Zusammenhang mit den Verformungen aus Ver-
kehrsbelastung behandelt wurde.
Die Frequenz des Belastungszyklus spielt nach HAUSNER [10]
bei der Betrachtung zyklischer Prozesse im Erdkörper bei grob-
körnigen Böden eine untergeordnete Rolle. Bei wassergesättigten,
bindigen Böden ist hingegen eine Abhängigkeit von der Frequenz
zu beobachten (vgl. KATZENBACH UND ARSLAN [15]).
NEIDHART [22] weist bei Feldversuchen mit dem Simulationsge-
rät DYSTAFIT nach, dass die Erregerfrequenz nie die Eigenfre-
quenz des Bodens erreicht und somit keine Resonanz zu erwarten
ist. Bei Hochgeschwindigkeitsstrecken handelt es sich somit um
hochabgestimmte Systeme, d.h. die Eigenfrequenz ist höher als
die Erregerfrequenz.
Die Widerstandsfähigkeit eines Bodens gegen Erschütterungen ist
im Wesentlichen abhängig von der Lagerungsdichte bzw. der
Konsistenz des Bodens (vgl. hierzu auch MO 836.0401[20], REH-
FELD [24], RUMP ET AL [26]).
RUMP ET AL [26] unterscheidet bei Hochgeschwindigkeitsstrek-
ken mit Schotteroberbau zwei mögliche Versagenszustände:
• Der erste kritische Zustand meint eine Strukturänderung mit
deutlichen Verformungen, die bei fortwährender Wirkung der
Erdbautechnische Fachplanung 37
Schwinggeschwindigkeit gegen unendlich gehen. Bei gesättig-
ten und schwer durchlässigen Böden entstehen hohe Poren-
wasserspannungen, die auf die Reibungskräfte reduzierend
wirken.
• Unter dem zweiten kritischen Zustand wird die Zerstörung des
Einzelkorns des Schotterbettes verstanden, die bei fortwäh-
render Wirkung der Schwinggeschwindigkeit eine starke Än-
derung der Kornform mit Kornzertrümmerung bedingen kann.
Bei dem hier zugrunde liegenden Oberbausystem Feste Fahrbahn
wird auf ein Schotterbett verzichtet. Aus empirischen Erkenntnis-
sen bei Hochgeschwindigkeitsstrecken kann davon ausgegangen
werden, dass das Grobkorn der Frostschutzschicht nicht brechen
wird, zumal durch die hydraulisch gebundene Tragschicht der Fe-
sten Fahrbahn ein vergleichsweise niedrigeres Spannungsniveau
als beim Schotterobau vorliegt. In der weiteren Betrachtung
braucht auf die Fragestellung der Kornzertrümmerung bzw. der
Kantenfestigkeit nicht weiter eingegangen zu werden.
Bei der Betrachtung zyklisch-dynamischer Prozesse wird analog
zum konstruktiven Ingenieurbau als maßgebende Größe die
Schwinggeschwindigkeit herangezogen. Diese Schwinggeschwin-
digkeit ist richtungsabhängig. Aus den Schwinggeschwindigkeits-
komponenten in x-, y- und z- Richtung wird die resultierende
Schwinggeschwindigkeit berechnet und schließlich die wirksame
(effektive) Schwinggeschwindigkeit veff,res für ein laufendes Zeit-
fenster von 0,125 Sekunden bestimmt. Dieser Schwingkennwert
wird in der Literatur und in Normen als maßgebliche Größe zur Er-
fassung und Beschreibung von Bodenerschütterungen herange-
zogen (HAUSNER [10], RUMP ET AL [26], MO 836.0401 [20],
MO 836.0402 [21]). Als charakteristischer Kennwert der in den
Erdbautechnische Fachplanung 38
Erdkörper eingebrachten effektiven, resultierenden Schwingge-
schwindigkeit wird bei der Festen Fahrbahn mit Hochgeschwindig-
keitsverkehr in MO 836.0401 [20] ein Wert von veff,res = 21 mm/s
angegeben.
Die Reduktion der effektiven, resultierenden Schwinggeschwindig-
keit über die Tiefe z kann wie folgt beschrieben werden:
Dieser Zusammenhang ergibt sich aus der Vorstellung, dass die
Änderung der Schwinggeschwindigkeit durch eine Dämpfung be-
stimmt wird. Die Dämpfung d berücksichtigt die Abschwächung
der Schwinggeschwindigkeit über die Tiefe. Hierbei wird aus prak-
tischen Erwägungen nicht zwischen der geometrischen Dämpfung
durch räumliche Ausbreitung und der Dissipation (Materialdämp-
fung) unterschieden.
Die Dämpfung ermittelt sich allgemein zu:
Der Abklingkoeffizient α muss aufgrund der Unregelmäßigkeit des
Übertragungsmediums versuchstechnisch bestimmt werden.
NEIDHART [22] stellt bei mehreren Großversuchen mit dem Simu-
lationsgerät DYSTAFIT fest, dass dieser Abklingkoeffizient zwi-
schen 0,2 und 0,3 liegt. Hinsichtlich der Versuchstechnik wird auf
die Ausführungen von TRISCHLER UND PARTNER [36] sowie
- α ⋅ z d = e
veff,res (z)
veff,res = d
Erdbautechnische Fachplanung 39
NEIDHART [22] verwiesen. Weitere Versuche im Rahmen der
Realisierung der ICE-Neubaustrecke Köln-Rhein/Main zeigten den
in Bild 2.11 dargestellten Verlauf des Abbaus der effektiven, resul-
tierenden Schwinggeschwindigkeit. Der Abklingkoeffizient beträgt
hier 0,35 bis 0,40.
- 2
- 4
- 6
- 8
- 10
- 12
- 14
- 16
- 18
- 20
- 22
- 24
- 26
- 28
- 30
0,25 - 0,50 - 0,75 - 1,00 - 1,25 - 1,50 - 1,75 - 2,00 - 2,25 - 2,50 - 2,75 - 3,00 - 3,25 - 3,50 - 3,75 -
Bild 2.11: Abbau der Schwinggeschwindigkeit aus in-situ Versu-chen unter Einhaltung der erdbautechnischen Anfor-derungen nach AKFF [1]
Die Sicherstellung des schadlosen Abbaus der Schwingungen
Oberboden Veff,res [mm/s]
z [m]
FSS
U,t
IC >
1,0
E
S ≈
5 - 1
5 N
/mm
²
Messwerte
durch eine unbehinderte geometrische Ausbreitung kann als ele-
mentarer erdbautechnischer Konstruktionsgrundsatz definiert wer-
den. Dies impliziert einen gleichförmigen Schichtenaufbau mit ab-
nehmender dynamischer Steifigkeit über die Tiefe und Vermei-
dung von Reflexionen durch Störstellen. Unter Berücksichtigung
der charakteristischen Kenngröße für die effektive, resultierende
Schwinggeschwindigkeit von 21 mm/s nach MO 836.0401 [20] und
Erdbautechnische Fachplanung 40
Bild 2.11 ist ab einer Tiefe von 2,50 m unter Oberkante Frost-
schutzschicht eine effektive, resultierende Schwinggeschwindig-
keit von 5 mm/s und weniger zu erwarten. In MO 836.0401 [20]
wird aus empirischen Erkenntnissen abgeleitet, dass effektive, re-
sultierende Schwingeschwindigkeiten unter 5 mm/s keine Auswir-
kungen auf die Stabilität eines Erdbauwerkes haben. Bei der Kon-
struktion der Erdbauwerke brauchen daher ab dieser Tiefe keine
technischen Maßnahmen zur Sicherung der zyklisch-dynamischen
Stabilität ergriffen zu werden.
2.4.3.2 Nachweisformen
Nach dem derzeitigen Kenntnisstand kann davon ausgegangen
werden, dass bei Einhaltung des Qualitätsstandards nach dem
AKFF [1] (vgl. Bild 2.7 bis 2.9) die zyklisch-dynamische Stabilität
gewährleistet ist. Rechnerische Nachweise sind dann nicht not-
wendig. Die nachstehenden Nachweisformen kommen dann zum
Einsatz, wenn von den Anforderungen des AKFF [1] abgewichen
werden soll.
REHFELD [24] schlägt einen Nachweis der zyklisch-dynamischen
Stabilität über die kritische Schwinggeschwindigkeit vor, der auch
in der zwischenzeitlich zurückgezogenen MO 836.0401 [20] als
Bemessungsgrundlage verankert wurde. Eine ausreichende Stabi-
lität ist demnach gewährleistet, wenn die resultierende, effektive
Schwinggeschwindigkeit vorh. veff,res kleiner als eine materialab-
hängige kritische Schwinggeschwindigkeit vkrit ist. Die Nachweis-
form kann den vorgenannten Literaturstellen entnommen werden.
Nach NEIDHART [22] sind die Nachweismethoden recht grobe
Abschätzungen und insbesondere für bindige Bodenarten wenig
Erdbautechnische Fachplanung 41
abgesichert. Der direkte Nachweis der zyklisch-dynamischen Sta-
bilität des Unterbaus erfolgt nach NEIDHART [22] am
zweckmäßigsten in maßstabsgerechten Feldversuchen. Hierbei
kann das Verhalten des Erdkörpers aber nur indirekt über
Verformungsmessungen an der Oberfläche erfolgen.
Zur Überprüfung des Verhaltens eines Bodens unter zyklisch-
dynamischer Belastung können auch zyklische Dreiaxialversuche
durchgeführt werden. In KEMPFERT UND HU [16] wird eine Ab-
schätzung der maßgeblichen Frequenz aus Eisenbahnverkehr für
zyklische Dreiaxialversuche vorgestellt. Demnach ist die maßgeb-
liche Störgrößenwelle in der Frostschutzschicht und der zyklisch-
dynamischen Sicherungsschicht durch den Drehgestellabstand
geprägt. Unterhalb dieser Sicherungsschicht „zeichnet“ sich nur
noch der Wagenabstand durch.
Die relevante Frequenz ergibt sich aus der Beziehung
F = v / L,
wobei v die Fahrgeschwindigkeit und L die Störgrößenwellenlänge
ist.
Bei einer Geschwindigkeit von 300 km/h errechnen sich die tiefen-
abhängigen Frequenzen entsprechend Tabelle 2.4.
Erdbautechnische Fachplanung 42
Schicht Geschwindigkeit ve [km/h]
Störgrößenwel-lenlänge L [m]
Frequenz F [Hz, 1/s]
Zone 5 300 2,5 – 3,0 28 – 33 Zone 3,4 300 7,0 – 8,0 10 – 12 Zone 1,2 300 21,0 – 26,0 3 - 4
Tab. 2.4: Maßgebliche Frequenzen für zyklische Dreiaxialver-suche in Abhängigkeit der Tiefe
Die statischen Spannungen sind im Dreiaxialgerät entsprechend
den tatsächlichen Einwirkungen einzustellen. Die zyklische Last
wird als σc Spannung axial mit der maßgeblichen Frequenz und in
Höhe der in der entsprechenden Tiefe wirkenden Spannung bei
106 Lastwechseln aufgebracht. Die ungünstigsten Einwirkungen
mit maximalen zyklischen Lasten sind aus Tabelle 2.5 ersichtlich.
Schicht Schichtdicke [m]
σ1 [kN/m²]
σ3 [kN/m²]
σc1)
[kN/m²]
Zone 5 0,30 28,0 σ1 ! (1- sin ϕ) 34,0
Zone 3,4 1,70 42,0 σ1 ! (1- sin ϕ) 33,0
Zone 1,2 1) Als Verkehrslast wird 0,8 ⋅ 43,65 = 34,92 kN/m² angesetzt
Tab. 2.5: Maßgebliche Spannungen für zyklische Dreiaxialver-suche in Abhängigkeit der Tiefe
Zyklisch-dynamisch instabile Böden zeigen beim zyklischen Drei-
axialversuch ein Verformungsverhalten, das der Linie C des Bildes
2.12 entspricht (vgl. Untersuchungen von KATZENBACH UND
ARSLAN [15]). Durch die Auswertung der Lastwechsel-
Stauchungslinie wird eine zyklisch-dynamische Instabilität bei N
vernachlässigbar
Erdbautechnische Fachplanung 43
Lastwechsel und gleichzeitig das hiermit verbundene Verfor-
mungspotential des Bodens ersichtlich.
Nach KEMPFERT UND HU [16] entsteht bei wassergesättigten
bindigen Böden unter zyklischer Einwirkung zunächst ein Poren-
wasserüberdruck und es treten undränierte plastische Scherver-
formungen auf. Der Zeitpunkt, ab dem sich die dränierten plasti-
schen Verformungen einstellen, ist von der Länge des Entwässe-
rungsweges, also dem Radius der Probe, abhängig. Dies hat zur
Folge, dass sich bei wassergesättigten bindigen Böden aus der
Zeitsetzungslinie nach Bild 2.12 kein Hinweis auf das tatsächliche
ε [%]
N [-] 100 102 101 103 104 105 106
Linie A Zyklisch-dynamisch stabil, geringe plast. Verformungen Linie B Zyklisch-dynamisch stabil, große plast. Verformungen Linie C Zyklisch-dynamisch instabil, weitere Zunahme der plasti-schen Verformungen
Bild 2.12: Darstellung typischer Lastwechsel-Stauchungslinien bei zyklischen Dreiaxialversuchen (schematisch)
Zeitsetzungsverhalten ableiten lässt.
Untersuchungen von KEMPFERT UND HU [16] zeigen, dass ein
vermeintlich zyklisch-dynamisch-instabiles Material schon wegen
unzulässiger plastischer Verformungen nicht eingesetzt werden
kann (vgl. Linie B nach Bild 2.12). Die zyklisch-dynamische Stabili-
Erdbautechnische Fachplanung 44
tät ist demzufolge nicht das zentrale Problem der Erbautechnik für
Hochgeschwindigkeitsstrecken mit Fester Fahrbahn.
Es wird zusammenfassend folgende Vorgehensweise zur Über-
prüfung der zyklisch-dynamischen Stabilität vorgeschlagen:
• Sofern die Anforderungen nach dem AKFF [1] eingehalten
werden, kann von einer ausreichenden zyklisch-dynamischen
Stabilität ausgegangen werden. Bei Böden, die dieses Kriteri-
um nicht erfüllen, erfolgt eine ingenieurtechnische Einschät-
zung auf Grundlage des Baugrundmodells nach Abschnitt 2.3.
Tabelle 2.6 gibt empirische Anhaltspunkte für Böden, die sich
unter zyklisch-dynamischer Beanspruchung kritisch verhalten
können. Sofern die Beurteilung eine grundsätzliche Eignung
ausweist, erfolgt der Nachweis mittels zyklischem Dreiaxial-
versuch oder besser im maßstabsgerechtem Feldversuch.
Ungleichförmigkeit Gleichförmige, rollige Böden Bezogene Lagerungsdichte ID < 0,50 Konsistenz IC < 0,75 Sättigungszahl Sr gegen 1,0
Tab. 2.6: Empirische Anhaltspunkte für Böden, die sich unter
zyklisch-dynamischer Beanspruchung kritisch ver-halten können (vgl. MO 836.0401 [20])
• Im Einzelfall ist abzuwägen, ob der Aufwand für den Nachweis
der zyklisch-dynamischen Stabilität im Verhältnis zum wirt-
schaftlichen Vorteil der Verwendung des anstehenden Bodens
steht. Aus diesem Gesichtspunkt heraus sind lokale Schwach-
stellen, wie beispielsweise im begrenzten Umfang auftretende
aufgeweichte Böden grundsätzlich auszutauschen oder zu
konditionieren. Hingegen könnten möglicherweise weitge-
Erdbautechnische Fachplanung 45
streckte Einschnittsbereiche mit vermeintlich zyklisch-
dynamisch instabilen Böden ohne aufwendige und kosten-
trächtige Maßnahmen belassen werden. Ebenfalls ist so eine
grundsätzliche Beurteilung von Dammschüttmassen in der zy-
klisch-dynamisch hoch beanspruchten Zone 3 möglich.
Zyklisch-dynamische Untersuchungen von NEIDHART [22] mit
dem Simulationsgerät DYSTAFIT an einem Erdkörper nach dem
AKFF [1] zeigen, dass die Frostschutzschicht im Verhältnis zum
sonstigen Unterbau zu sehr großen Verdrückungen unter zyklisch-
dynamischer Belastung neigt. Diese Ergebnisse wurden bei weite-
ren Versuchen auf der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main bestätigt.
Hier zeigte sich, dass bis zu 90% der Gesamtverformungen aus
Betrieb innerhalb der Frostschutzschichten auftreten (vgl. ARCA-
DIS [2]).
Hieraus leitet sich ab, dass bei der Herstellung der Frostschutz-
schicht durch eine hohe Verdichtungsenergie in Verbindung mit
geeigneten Materialien und einem gleichmäßigen Einbau ein zyk-
lisch-dynamisch stabiles Bodenpaket geschaffen werden muss.
Aus Sicht der zyklisch-dynamischen Widerstandsfähigkeit ist die
Verwendung von gebrochenem Korn in der Frostschutzschicht
günstig, da gerundetes Korn Strukturänderungen unter zyklisch-
dynamischer Einwirkung begünstigt. Brechkorn hat aber den
Nachteil, dass bei nicht ausreichender Kantenfestigkeit beim
Transport, Einbau und Verdichtung Kornverfeinerungen auftreten
können, die möglicherweise wiederum die Frostsicherheit ein-
schränken (GÖBEL ET AL [9]). Ein Gemisch aus natürlichen San-
den und Kiesen mit Brechprodukten oder Recycling-Baustoffen
bietet sich zur Lösung dieses Problems an. Zurzeit darf bei Bahn-
Erdbautechnische Fachplanung 46
anlagen entsprechend der Richtlinie TL 918 062 [30] in einem
Kies-Sand-Gemisch nur 30 % Brechkorn und in einem Brechkorn-
Kies-Sand-Gemisch maximal 70 % gebrochenes Material verwen-
det werden.
2.4.4 Nachweis der Grenzflächenstabilität
Die Grenzflächeninstabilität ist eine Folge unzulässiger zyklisch-
dynamischer Einwirkungen. Dieser Effekt tritt ein, wenn grobkörni-
ge Materialien, wie zum Beispiel die Frostschutzschicht, in weiche
feinkörnige Böden oder umgekehrt feine Materialien in die Poren
der Frostschutzschicht eindringen.
Laborversuche von KEMPFERT UND HU [16] zeigen, dass die
Grenzflächenstabilität im Übergangsbereich der Frostschutz-
schicht auf das Erdplanum bei IC ≥ 0,75 (Lehm) und IC ≥ 0,50
(Ton) gegeben ist. Dies ist unter Anwendung der Konstruktions-
grundsätze des AKFF [1] (vgl. Bild 2.7 bis 2.9) der Fall.
Sofern diese Werte nicht erreicht werden können, ist eine Kondi-
tionierung der Böden durch Bindemittelzugabe, ein Bodenaus-
tausch oder die Verwendung von Geotextilien möglich. Eine dies-
bezügliche Entscheidung kann sich maßgeblich an monetären Kri-
terien orientieren.
Bei der Herstellung des Planums ist auf hohe Lagegenauigkeit von
± 3 mm und eine Mindestquerneigung von 2,5 % zu achten, da
mögliche Wasseransammlungen auf dem Planum zu Aufweichun-
gen führen können. Hierdurch ist dann die Grenzflächenstabilität
möglicherweise nicht mehr gegeben. Der höchste Grundwasser-
stand beträgt nach AKFF [1] 1,50 m unter Schienenoberkante, so
Erdbautechnische Fachplanung 47
dass das Planum nicht in der wassergesättigten Zone liegen darf.
Dies ist zur Sicherstellung der Grenzflächenstabilität unbedingt
einzuhalten.
2.4.5 Übergangsbereiche auf Ingenieurbauwerke
Wie bereits dargelegt, kommt der Homogenität der Konstruktion
große Bedeutung zu. Für die Konstruktion bedeutet dies, dass un-
vermeidbare Sprünge in der dynamischen Steifigkeit durch eine
kontinuierliche Anpassung auszugleichen sind.
Als besonders kritisch gelten bei allen Verkehrswegen Über-
gangsbereiche auf Brückenbauwerke. HILLIG [11] entwickelte aus
vorgenannter Erkenntnis bereits 1994 ein Konzept zur Ausbildung
des Hinterfüllbereiches, das Bestandteil des AKFF [1] wurde. Die
im AKFF [1] enthaltene Regellösung der Übergangsbereiche (vgl.
Bild 2.9) erfüllt die o.g. Forderung der Gleichmäßigkeit der Steifig-
keitsänderung nur begrenzt. Durch die Steuerung der dynami-
schen Steifigkeit, beispielsweise durch Zugabe von Bindemittel
kann der Forderung besser Rechnung getragen werden (vgl. Bild
2.13).
Übergangsbereiche auf Tunnel und Tröge befinden sich in der
Regel in Einschnitten und werden daher im Unterbau nicht be-
rücksichtigt. Eine kontinuierliche Anpassung der dynamischen
Steifigkeit wird durch konstruktive Maßnahmen im Oberbau (z.B.
Schleppplatten, Dübel) sichergestellt.
Erdbautechnische Fachplanung 48
FSS
Brücken- bauwerk
Kontinuierliche Zunahme der dynamischen Steifigkeit
Erdkörper
Bild 2.13: Darstellung des Konstruktionsprinzips für Über-gangsbereiche auf Brückenbauwerke (schematisch)
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 49
3. MAßNAHMEN BEI DER PROJEKTUMSETZUNG
Im zweiten Teil der Arbeit werden diejenigen Maßnahmen bei der
Projektumsetzung aufgezeigt, die für die langfristige Erfüllung der
Anforderungen an die Erdbauwerke einer Hochgeschwindigkeits-
strecke mit Fester Fahrbahn notwendig sind. Die im Folgenden
aufgeführten Maßnahmen sind in ihrer zeitlichen Abfolge bei der
Projektumsetzung gestaffelt.
3.1 Umsetzung der Fachplanung in Arbeitsanweisungen
Die erdbautechnische Fachplanung von Neubaustrecken liefert
umfangreiches Datenmaterial zur Erdbautechnik. Die Ergebnisse
der Fachplanung sind so aufzuarbeiten, dass die gewählte Erd-
bautechnik bei der Bauausführung gesichert umgesetzt werden
kann. Vom Fachplaner sind hierzu Arbeitsanweisungen zu entwik-
keln, die die Schnittstelle zwischen der Fachplanung und der Bau-
ausführung darstellen.
Die notwendigen Angaben in den Arbeitsanweisungen beziehen
sich nicht nur auf die Güteüberwachung der zum Einsatz kom-
menden Erdbaustoffe und die Überprüfung des Funktionsverhal-
tens der gefertigten Erdbauwerke (vgl. FLOSS [7], ZTVE-STB 94
[39]), sondern auch auf technische Ausführungsvorgaben zur
Durchführung des Erdbaus. Der Baugrund ist des Weiteren vor
Bauausführung mit den Vorgaben des Baugrundmodells auf eine
ausreichende Übereinstimmung zu überprüfen.
Folgende Arbeitsanweisungen (AA) sind für den Erdbau einer
Hochgeschwindigkeitsstrecke mit Fester Fahrbahn aufzustellen:
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 50
• AA Prüfung des Baugrundmodells
• AA Prüfung der Erdbaustoffe
• AA Herstellung der Erdbauwerke
• AA Prüfung der Qualität der Erdbauwerke
Arbeitsanweisungen können aufgrund der spezifischen Randbe-
dingungen der jeweiligen Bauaufgabe nicht verallgemeinert wer-
den. Die folgenden Ausführungen beschreiben daher nur die we-
sentlichen Aspekte bei der Erarbeitung von Arbeitsanweisungen.
Im Einzelfall sind dann auf dieser Grundlage die Arbeitsanweisun-
gen entsprechend den tatsächlichen Gegebenheiten aufzustellen.
3.1.1 Arbeitsanweisung Prüfung des Baugrundmodells
Das Baugrundmodell und die daraus abgeleitete Erdbautechnik
basieren auf direkten, punktuellen Aufschlüssen. Zwischen diesen
muss der Baugrund und die zu entnehmenden Bodenmassen hin-
sichtlich der Qualität und Quantität entsprechend den räumlichen,
indirekten Aufschlüssen abgeschätzt werden.
Auf den Dammaufstandsflächen und den Einschnittssohlen ist das
Baugrundmodell vollflächig zu überprüfen. Hierdurch wird sicher-
gestellt, dass die Abschätzungen aus dem Baugrundmodell aus-
reichend zutreffend sind und somit die aus dem Modell entwickelte
Erdbautechnik den Ansprüchen genügt.
Eine Überprüfung der Dammaufstandsflächen und der Ein-
schnittssohlen erfolgt zunächst durch visuelle Prüfung. Mit Hilfe
der flächendeckenden dynamischen Verdichtungskontrolle nach
TP BF-StB Teil E2 [35] können darüber hinaus auch optisch nicht
sichtbare Schwachstellen lokalisiert und bodenmechanisch kon-
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 51
trolliert werden. Hierbei wird durch die Messeinrichtung an der
Verdichtungswalze eine vollflächige Überprüfung des Baugrundes
bis in eine Tiefe von etwa 50 cm möglich. Lokale, oberflächlich
nicht sichtbare und durch die Messung nicht erfassbare Schwach-
stellen entziehen sich hierbei allerdings der Erkennung, so dass
ein unvermeidbares Restrisiko bei der Beschreibung des Bau-
grundmodells verbleibt.
Unter Schwachstellen werden Böden mit einer bezogenen Lage-
rungsdichte ID < 0,50 oder einer Konsistenz IC < 0,75 verstanden
(vgl. Tabelle 2.6). Beim Antreffen von vermeintlichen Schwachstel-
len werden zur räumlichen Eingrenzung Sondierungen nach DIN
4094 durchgeführt. Durch zusätzliche Sondierungen in der unmit-
telbaren Nähe zu direkten Baugrunduntersuchungen ist eine Kali-
brierung der Sondierungen möglich. Im Übrigen wird hinsichtlich
der Korrelation zwischen den Sondierergebnissen und der Lage-
rungsdichte bzw. Konsistenz auf die einschlägige Literatur verwie-
sen (FLOSS [7] und andere).
3.1.2 Arbeitsanweisung Prüfung der Erdbaustoffe
Durch die Umsetzung dieser Arbeitsanweisung wird sichergestellt,
dass die Material-Kennwerte der Erdbaustoffe denen in der erd-
bautechnischen Fachplanung zugrunde gelegten Material-
Kennwerte entsprechen. Da sich die Herstellung eines Erdbau-
werkes i.d.R. über einen längeren Zeitraum erstreckt, sind die Ma-
terial-Kennwerte fortlaufend abzugleichen. Gegenstand dieser
Anweisungen sind demzufolge neben den Anforderungen an das
Material alle Eignungsprüfungen sowie die Eigenüberwachung.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 52
3.1.2.1 Anforderungen an die Erdbaustoffe
Die Anforderungen ergeben sich für die Zone 1 bis Zone 4 aus der
erdbautechnischen Fachplanung. Hierzu sind die verschiedenen
Bodengruppen nach der DIN 18 196 und ggf. die Bindemittelart
und -menge anzugeben (vgl. auch Bild 2.6 bis 2.8 nach AKFF [1]).
Für Schüttmaterialien der Frostschutzschicht (Zone 5) sind die
Material-Kennwerte aus der TL 918 062 [30] einzuhalten.
3.1.2.2 Eignungsprüfung und Eigenüberwachung der Erdbaustoffe
Die Eignungsprüfung der Erdbaustoffe für die Zone 1 bis Zone 4
umfasst die nachstehend aufgeführten bodenmechanischen Un-
tersuchungen:
1. Korngrößenverteilung nach DIN 18 123
2. Plastizitätsgrenzen nach DIN 18 122
3. Konsistenz und Wassergehalt nach DIN 18 121
4. Organische Bestandteile nach DIN 18 128 oder
TP BF-StB Teil B 10.1 [32]
5. Proctordichte nach DIN 18 127 in Verbindung mit dem optima-
len Wassergehalt und Festlegung des Wassergehaltes beim
Einbau unter Beachtung des zulässigen Luftporenanteils
na ≤ 12% bei gemischt- oder feinkörnigen Böden
6. Witterungsbeständigkeitsversuch der Gesteine bei grob- und
gemischtkörnigen Materialien nach DIN 52 106
7. Gehalt an organischen Bestandteilen durch Ermittlung des
Glühverlustes nach DIN 18 128 oder nach TP BF-StB Teil B
10.1 [32]
8. Bei Bodenverbesserung oder -verfestigung:
• Proctordichte nach DIN 18 127 in Verbindung mit dem opti-
malen Wassergehalt für das Boden-Bindemittel-Gemisch
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 53
(mindestens 3 verschiedene Bindemittelmengen) entspre-
chend der TP BF-StB Teil B 11.1 [33] und der TP BF-StB Teil
B 11.5 [34]
• Im Falle der Verfestigung: Einaxiale Druckfestigkeit nach DIN
18 136 für das Boden-Bindemittel-Gemisch (mindestens 3
verschiedene Bindemittelmengen) entsprechend der TP BF-
StB Teil B 11.1 [33] und der TP BF-StB Teil B 11.5 [34]
• Im Falle der Verfestigung: Frostprüfung für das Boden-
Bindemittel-Gemisch (mindestens 3 verschiedene Bindemit-
telmengen) entsprechend der TP BF-StB Teil B 11.1 [33], so-
fern erforderlich
Im Zuge der Eigenüberwachung werden bei augenscheinlichen
Änderungen der zum Einbau vorgesehenen Erdbaustoffe für die
Zone 1 bis Zone 3 die offensichtlich abweichenden Parameter
versuchstechnisch überprüft.
Sofern Bodenverbesserungen oder -verfestigungen vorgesehen
sind, ist entsprechend der ZTVE-STB 94 [39] je 3000 m² der Bo-
den hinsichtlich seiner Korngrößenverteilung nach DIN 18 196 und
der organischen Bestandteile nach DIN 18 128 oder nach TP BF-
StB Teil B 10.1 [32] im Rahmen der Eigenüberwachungsprüfung
zu untersuchen.
Bei qualifizierten Schüttmaterialien für Übergangsbereiche auf In-
genieurbauwerke (Zone 4) ist im Rahmen der Eigenüberwachung
je 1000 t Boden die Korngrößenverteilung entsprechend DIN
18 123 nachzuweisen. Die Notwendigkeit einer kontinuierlichen
Kontrolle ergibt sich aus den hohen Anforderungen an die Materi-
algüte.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 54
Hinsichtlich der Eignungsprüfung und der Eigenüberwachung für
Erdbaustoffe der Frostschutzschicht (Zone 5) gelten die Regelun-
gen der TL 918 062 [30].
Grundsätzlich sind bei allen zum Einbau vorgesehenen Böden die
Wassergehalte entsprechend den Vorgaben der Eignungsprüfung
im Zusammenhang mit der Prüfung des Verdichtungsgrades DPR
(vgl. Abschnitt 3.1.4.2 „Prüfung der Zone 2 bis Zone 5“) zu prüfen.
Der Umfang dieser Nachweise entspricht denen für den Verdich-
tungsgrad.
3.1.3 Arbeitsanweisung Herstellung der Erdbauwerke
Durch eine Umsetzung dieser Arbeitsanweisung wird sicherge-
stellt, dass die Bauausführung adäquat den Anforderungen an das
fertige Erdbauwerk erfolgt. Hierzu ist der Herstellungsprozess um-
fänglich zu beschreiben. Sofern erforderlich, sind Maßnahmen zur
Eignungsprüfung des Bauverfahrens anzugeben. Hierbei wird
überprüft, ob das in der Arbeitsanweisung vorgesehene Bauver-
fahren geeignet ist, die Anforderungen an das Erdbauwerk zu er-
füllen.
3.1.3.1 Herstellung der Zone 1
Die Umsetzung der Arbeitsanweisung für die Herstellung der Zo-
ne 1 erfolgt im Anschluss an die Durchführung der Arbeitsanwei-
sung Prüfung des Baugrundmodells.
Diese Arbeitsanweisung bezieht sich auf die vorgesehenen Grün-
dungsmaßnahmen. Alle diesbezüglichen Schritte werden auch im
hier betrachteten Fall einer Hochgeschwindigkeitsstrecke mit
Fester Fahrbahn nach dem Stand der Technik ausgeführt. Es wird
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 55
in diesem Zusammenhang auf die maßgeblichen Normen, Richtli-
nien und die anerkannten Regeln der Baukunst verwiesen.
Da die Arbeitsanweisung zur Herstellung der Zone 1 inhaltlich den
anerkannten Regeln der Technik folgt, sollen an dieser Stelle die
Gründungsmaßnahmen nach der RIL 836 [25] nur hinsichtlich ih-
rer grundsätzlichen Funktionsweise und Bedeutung für den hier
betrachteten Fall einer Hochgeschwindigkeitsstrecke mit Fester
Fahrbahn erläutert werden. Eine vertiefende Betrachtung ist an
dieser Stelle aufgrund der Abhängigkeit von der stets spezifischen
Gründungssituation nicht sinnvoll.
Das Einwalzen scherfester Materialen dient der Stabilisierung
weicher Bodenschichten für den Baubetrieb. Aufgrund der kon-
struktiven Ausrichtung dieser Maßnahmen werden keine weiter-
gehenden Anforderungen an Material und Qualität gestellt.
Ein vollständiger oder teilweiser Bodenaustausch der anste-
henden, nicht ausreichend tragfähigen Böden ist vom Grundsatz
her identisch mit dem Einbau von Bodenmaterialien. Ziel ist es, die
Tragfähigkeit zu erhöhen und die Zusammendrückbarkeit des Un-
tergrundes zu verringern. Die Bodenverdrängung stellt eine be-
sondere Art des Bodenaustausches dar. Hier werden die un-
brauchbaren Massen durch Verdrängen mit brauchbaren Materia-
lien, wie beispielsweise Sanden ersetzt. Die Verdrängung kann
auch mit Sprengung des anstehenden Bodens einhergehen.
Ziel der oberflächennahen Verfestigung von Böden mit Kalk, Ze-
ment und Kalk-Zement-Gemischen ist ebenfalls die Erhöhung der
Tragfähigkeit und die Reduzierung von Verformungen. Diese Bau-
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 56
technik stellt möglicherweise eine monetär günstige Alternative zu
einem Bodenaustausch dar.
Der Einbau von lastverteilenden oder zugfesten Einlagen wird
bei nicht ausreichend tragfähigem und setzungsempfindlichem
Baugrund eingesetzt und ist aus wirtschaftlichen Erwägungen ins-
besondere in Kombination mit einem Bodenaustausch oder einer
Verfestigung sinnvoll. Hierbei kann die Höhe des Bodenaustau-
sches oder der Verfestigung reduziert werden.
Die Tiefenrüttelung bewirkt eine Erhöhung der Tragfähigkeit und
verringert die Verformbarkeit des Bodens. Vorteil dieser Verfahren
sind die große Tiefenwirkung durch entsprechend tiefe Rüttelsäu-
len. Demzufolge ist diese Maßnahme für hohe Dammbauwerke
und setzungsempfindliche Böden mit langen Konsolidierungszei-
ten prädestiniert. Die Tiefenrüttelung ist eine im Bahnbau gängige
Bauweise, die im hier betrachteten Fall einer Hochgeschwindig-
keitsstrecke mit Fester Fahrbahn bereits eingesetzt wurde (vgl.
SONDERMANN [29]).
Durch die Herstellung von Vertikaldräns kann nur die Konsoli-
dierung beschleunigt werden. Diese Maßnahme ist dort sinnvoll
einsetzbar, wo lange Konsolidierungszeiträume anderenfalls den
Einbau einer Festen Fahrbahn verhindern würden. Der Einbau von
Vertikaldräns gehört daher insbesondere bei nicht ausreichenden
Bauzeiten und ungünstigem Baugrund zum Standard für Hochge-
schwindigkeitsstrecken mit Fester Fahrbahn.
Bei der dynamischen Intensivverdichtung für rollige Böden wird
der Boden mittels hoher dynamischer Spannungen in eine höhere
Lagerungsdichte überführt. Dieses Verfahren reduziert die Zu-
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 57
sammendrückbarkeit des Bodens und vergleichmäßigt das Trag-
verhalten über die Fläche. Dieses Verfahren wurde bei einer
Hochgeschwindigkeitsstrecke mit Fester Fahrbahn (Neubaustrek-
ke Köln-Rhein/Main) bereits durchgeführt (KRUDEWIG [18]).
3.1.3.2 Herstellung der Zone 2 bis Zone 4
Die Umsetzung dieser Arbeitsanweisungen erfolgt vom Bauablauf
her nach der Durchführung der Arbeitsanweisung Herstellung der
Zone 1.
Das Verdichtungsverfahren und die Schütthöhe der Einbaulagen
bestimmen sich aus dem Gerät, dem Material, der Anzahl der
Verdichtungsübergänge und der Arbeitsgeschwindigkeit. Daher ist
für jede Bodenart die Durchführung einer Probeverdichtung (Eig-
nungsprüfung des Bauverfahrens) unter Beachtung der Ergebnis-
se der Eignungsprüfungen aus der Arbeitsanweisung Prüfung der
Erdbaustoffe erforderlich. Hierbei erfolgt auch die Kalibrierung für
die flächendeckende dynamische Verdichtungskontrolle entspre-
chend der TP BF-StB Teil E 2 [35].
Die Herstellung der Schüttungen erfolgt nach dem folgenden Pro-
zessablauf (Bild 3.1). Arbeitsanweisungen werden für die betrach-
teten Zonen hiernach entwickelt, so dass die konkreten Arbeits-
schritte zu formulieren sind.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 58
ohne Binde-
mittelzugabe
ja
Bodenantransport
Absieben von Einzelkorn mit ∅ > 2/3 der Schichtdicke
Kontrolle des Wassergehal-tes gem. AA Prüfung der
Erdbaustoffe und -gemische
o.K ?
Boden zu trocken Boden zu nass
Aufbringung der erforderlichen Wassermenge
Abtrocknung
Boden durchmischen und homogenisieren
Boden aufreißen
Zugabe von Binde-mittel entsp. der AA Prüfung der Erdbau-stoffe und -gemische
Boden mit Fräse mind. 2 x durchmi-
schen und homoge-nisieren
gemischt- und feinkörnige Böden grobkörnige Böden
nein
mit Binde-
mittelzugabe
Bild 3.1
Prüfung der Bindemit-telzugabe
Einbau und
Schemafür die A
Verdichtung bei gleichzeitiger Durchführung der FDVK
Arbeitsanweisung Prüfung der Produkte
tische Darstellung der Arbeitsabläufe (Prozessablauf) rbeitsanweisung Herstellung der Zone 2 bis 4
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 59
3.1.3.3 Herstellung der Zone 5
Die Arbeitsanweisung bezieht sich auf die Frostschutzschicht. Die
Schütthöhe der Einbaulagen bestimmt sich im Wesentlichen aus
dem Verdichtungsgerät, dem zur Verwendung vorgesehenen Ma-
terial, der Anzahl der Verdichtungsübergänge und der Arbeitsge-
schwindigkeit. Daher ist vor Durchführung des Produktionsprozes-
ses eine Probeverdichtung (Eignungsprüfung des Bauverfahrens)
unter Beachtung der Ergebnisse der Eignungsprüfungen aus der
Arbeitsanweisung Prüfung der Erdbaustoffe erforderlich. Die Kali-
brierung für die flächendeckende dynamische Verdichtungskon-
trolle entsprechend der TP BF-StB Teil E 2 [35] erfolgt zeitgleich.
Die Frostschutzschicht ist grundsätzlich bei der Produktion mit ei-
nem Fertiger herzustellen, um so eine maximal mögliche Gleich-
mäßigkeit der Schicht zu gewährleisten. Das Baustoffgemisch ist
so zu behandeln, dass beim Verladen, Entladen und Einbau keine
Entmischungen auftreten. Durch diese Maßnahmen wird ein
gleichmäßiges Trag- und Verformungsverhalten erreicht. Das
Baustoffgemisch ist in mehreren Arbeitsgängen bei einem für den
Einbau günstigen Wassergehalt bei gleichzeitiger flächendecken-
der Verdichtungskontrolle zu verdichten.
3.1.4 Arbeitsanweisung Prüfung der Qualität der Erdbauwerke
Die Umsetzung dieser Arbeitsanweisung stellt sicher, dass die An-
forderungen an die Erdbauwerke erreicht wurden. Sie erfolgt zeit-
lich nach der Durchführung der Arbeitsanweisung Herstellung der
Erdbauwerke.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 60
3.1.4.1 Prüfung der Zone 1
Wie oben erwähnt, entsprechen die Maßnahmen zur Herstellung
der Zone 1 den Regeln der Technik. Demzufolge ist diese Arbeits-
anweisung nach den Richtlinien, Normen, Herstellerangaben etc.
aufzustellen. Eine weiter gehende Betrachtung erfolgt daher an
dieser Stelle nicht.
3.1.4.2 Prüfung der Zone 2 bis Zone 5
Die Eigenüberwachung der Bodenverdichtung erfolgt mit Hilfe der
flächendeckenden Verdichtungskontrolle. Darüber hinaus sind
nach dem AKFF [1] grundsätzlich Verdichtungsprüfungen entspre-
chend der Methode M3 nach der ZTVE-STB 94 [39] durchzufüh-
ren.
Sofern keine verlässliche Korrelation des dynamischen Messwer-
tes zu den herkömmlichen Prüfungen erkennbar ist, werden im
AKFF [1] die Verdichtungsprüfungen der ZTVE-STB 94 [39] mit
doppeltem Prüfaufwand gefordert. Die flächendeckende dynami-
sche Verdichtungskontrolle kann dann zur Schwachstellenanalyse
und somit zur Schaffung eines gleichförmigen Fahrweges einge-
setzt werden.
Folgende Prüfungen sind neben der flächendeckenden Verdich-
tungskontrolle durchzuführen:
• Eine direkte Ermittlung des Verdichtungsgrades DPR und des
Luftporenanteils na je 1.500 m² Fläche (Zone 2, 3, 5).
• In Übergangsbereichen auf Brückenbauwerke (Zone 4) sind
für Hinterfüllungen und Bodenaustauschmaßnahmen glei-
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 61
chermaßen je 150 m³ eingebautem Boden eine Prüfung des
Verdichtungsgrades DPR durchzuführen.
• Auf der Oberkante der Zonen 2, 3, 5 ist zur Überprüfung der
Tragfähigkeit (EV2-Wert) je 1 Lastplattendruckversuch nach
DIN 18 134 je 1.500 m² Fläche und bei Hinterfüllungen der
Brückenbauwerke (Zone 4) auf der Oberkante 3 Lastplatten-
druckversuche nach DIN 18 134 durchzuführen.
• Zur Überprüfung der Gleichförmigkeit der Schüttungen ist in
den Zonen 2, 3 je 4 m Schütthöhe die Durchführung einer
Sondierung nach DIN 4094 je 500 m² bei einer Sondiertiefe
von ≥ 4,0 m notwendig. Im Übergangsbereich auf Brü-
ckenbauwerke (Zone 4) erfolgen 3 Sondierungen nach DIN
4094 in gleicher Tiefe.
• Die profilgerechte Lage des Erdplanums (OK Zone 3, 4) auf
± 3 cm genau wird über ein Aufmaß der Querprofile mit einem
Abstand von 40 m geprüft. Hierzu sind alle Ebenen der Ober-
kante des Erdplanums durch zwei außen liegende Aufmaß-
punkte zu erfassen.
• Die profilgerechte Lage des Planums (OK Zone 5) von ± 2 cm
wird über ein Aufmaß der Querprofile mit einem Abstand von
20 m geprüft. Hierzu sind alle Ebenen der Oberkante der
Frostschutzschicht zu erfassen.
• Der Grenzwert der Unebenheit des Planums von ± 3 cm in-
nerhalb von 4 m ist stichprobenartig zu prüfen.
Die vorgenannten Maßnahmen zur Eigenüberwachung der Zone 2
bis Zone 5 sind zur Veranschaulichung in Bild 3.2 dargestellt.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 62
Bild 3.2: Eigenüberwachung der Zone 2 bis Zone 5
Frei
e St
reck
e
OK
Zone
5
Zone
4
Zone
2
Zone
5
OK
Zone
4
OK
Zone
3
Zone
3
OK
Zone
2
Zone
2, Z
one
3, Z
one
5 je
1.5
00 m
² Flä
che
1 N
achw
eis
DPR
und
na
Zone
2, Z
one
3 je
4 m
Höh
e un
d 50
0 m
² Flä
che
1 So
ndie
rung
, t ≥
4 m
O
K Z
one
2, O
K Z
one
3, O
K Z
one
5 je
1.5
00 m
² Flä
che
1 N
achw
eis
E v2
OK
Zon
e 3
je 4
0 m
1 A
ufm
aß d
es Q
uerp
rofil
s O
K Z
one
5 je
20
m 1
Auf
maß
des
Que
rpro
fils
Nac
hwei
s de
r Ebe
nhei
t
Zone
4
je 1
50 m
³ Ein
bauv
ol. 1
Nac
hwei
s D
PR u
nd n
a je
4 m
Höh
e 3
Sond
ieru
ngen
, t ≥
4 m
Zo
ne 5
je
1.5
00 m
² Flä
che
1 N
achw
eis
DPR
und
na
OK
Zon
e 4
3 N
achw
eise
Ev2
je
40
m 1
Auf
maß
des
Que
rpro
fils
OK
Zon
e 5
je 1
.500
m² F
läch
e 1
Nac
hwei
s E v
2 je
20
m 1
Auf
maß
des
Que
rpro
fils
Nac
hwei
s de
r Ebe
nhei
t
Übe
rgan
gsbe
reic
h
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 63
3.1.5 Erstellung von erdbautechnischen Längs- und Querschnitten
Die Erfahrung bei der Projektumsetzung der Neubaustrecke Köln-
Rhein/Main zeigt, dass etwa 1.500 Arbeitsanweisungen je 100
Baukilometer aufzustellen sind. Diese umfangreichen Daten müs-
sen so zusammengestellt werden, dass alle Informationen für das
Baustellenpersonal verfügbar sind. Hierzu wird folgende Lösung
vorgeschlagen:
• In erdbautechnischen Längsschnitten (vgl. Bild 3.3) werden
Homogenbereiche mit gleichen erdbautechnischen Maßnah-
men bestimmt. Diese zeigen, welche Erdbautechnik in dem
durch Stationsangaben definierten Homogenbereich vorgese-
hen ist.
• Zur Darstellung der Erdbautechnik selber werden dann für die
Homogenbereiche erdbautechnische Querschnitte für die freie
Strecke (vgl. Bild 3.4 bis 3.6) und erdbautechnische Längs-
schnitte für die Übergangsbereiche auf Brückenbauwerke (vgl.
Bild 3.7) entwickelt.
Die erdbautechnischen Querschnitte und Längsschnitte für Über-
gangsbereiche auf Brückenbauwerke dienen als alleinige Informa-
tionsträger für die Bauausführung und müssen demzufolge alle
Arbeitsanweisungen beinhalten.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 64
Stationierung
Erdbaukörper
Homogenbereich
ErdbaQuer
Damm
HB 1 HB 2 HB n
von bis von bis von bis
Gründungsmaß- nahmen GM 1 GM 2 GM n
Stoffkennwerte Schicht 1 ...........
Schicht 2 ...........
Schicht 3 ...........
BA n
Schicht n
Schicht 2
Schicht 1 BA 3 BA 2
BA 1
UK Zyklisch-dynamische Si-cherungsschicht
Schienenoberkante
Grundwasser
Baugrundaufschluss
Bild 3.3:
utechnisches profil
EQ 1 EQ 2 EQ n
Erdbautechnischer Längsschnitt (schematisches Beispiel)
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 65
Damm Nr.: Bau-km: Homogenbereich: Nr.: Bau-km:
AA Herstellung der Zone 1 Gründungsmaßnahmen • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
AA Herstellung der Zone 2 Dammschüttung • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
AA Herstellung der Zone 3a Dynamische Sicherungsschicht Dammschüttung • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
AA Herstellung der Zone 5 Frostschutzschicht • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben z
GOK
Zone 1
Zone 3a
Zone 2
Zone 5
Ev2 - Wert
Dpr
AA Prüfung des Baugrundmodells • Beschreibung der Maßnahmen • Grenzwerte
AA Prüfung der Erdbaustoffe • Anforderungen • Eignungsprüfung • Eigenüberwachung
AA Prüfung der Qualität der Erdbau-werke • Anforderungen • Eigenüberwachung
Bild 3.4: Erdhe
ur Hers
baute> 2,5
tellung
chnischer Querschnitt für einen Damm mit einer Hö-0 m (schematisch)
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 66
Bild 3.5:
GOK
Ev2 - Wert
Dpr
Zone 1
Zone 3a
Zone 3b
Zone 5
AA Herstellung der Zone 1 Gründungsmaßnahmen • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
Damm Nr.: Bau-km: Homogenbereich: Nr.: Bau-km:
AA Herstellung der Zone 3a Dynamische Sicherungsschicht Dammschüttung • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
AA Herstellung der Zone 3b Dynamische Sicherungsschicht Gewachsener Boden • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
AA Herstellung der Zone 5 Frostschutzschicht • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • An
AA Prüfung der Erdbaustoffe • Anforderungen • Eignungsprüfung • Eigenüberwachung
AA Prüfung der Qualität der Erdbau-werke • Anforderungen • Eigenüberwachung
AA Prüfung des Baugrundmodells • Beschreibung der Maßnahmen • Grenzwerte
Erdbautechnischer Querschnitt für einen Damm mit einer Hö-
he < 2,50 m (schematisch)
gaben zur Herstellung
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 67
Einschnitt Nr.: Bau-km: Homogenbereich: Nr.: Bau-km:
AA Herstellung der Zone 1 Gründungsmaßnahmen • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
AA Herstellung der Zone 3b Dynamische Sicherungsschicht Gewachsener Boden • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
AA Herstellung der Zone 5 Frostschutzschicht • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
Ev2 - Wert
Dpr
Zone 3b
Zone 5
Zone 1
AA Prüfung des Baugrundmodells • Beschreibung der Maßnahmen • Grenzwerte
AA Prüfung der Erdbaustoffe • Anforderungen • Eignungsprüfung • Eigenüberwachung
AA Prüfung der Qualität der Erdbau-werke • Anforderungen • Eigenüberwachung
Bild 3.6: Erdbautetisch)
chnischer Querschnitt für einen Einschnitt (schema-
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 68
Bauwerk
Übergangsbereich Nr.: Bau-km:
AA Herstellung der Zone 1 Gründungsmaßnahmen • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
AA Herstellung der Zone 4 Übergangsschicht • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
AA Herstellung der Zone 5 Frostschutzschicht • Eignungsprüfung des Bauverfahrens • Angaben zur Herstellung
AA Prüfung des Baugrundmodells • Beschreibung der Maßnahmen • Grenzwerte
AA Prüfung der Erdbaustoffe • Anforderungen • Eignungsprüfung • Eigenüberwachung
AA Prüfung der Qualität der Erdbau-werke • Anforderungen • Eigenüberwachung
EQ ...
Zone 1
Zone 5
Ev2 - Wert Dpr
Zone 4
Bild 3.7:
Erdbautechnischer Längsschnitt für einen Übergangsbereich auf ein Brückenbauwerk (schematisch)
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 69
3.2 Bauablaufplanung
Die notwendigen Maßnahmen im Zuge der Bauablaufplanung zur
Realisierung eines qualitätsgesicherten Erdbaus für eine Hochge-
schwindigkeitsstrecke mit Fester Fahrbahn sind Gegenstand der
folgenden Ausführungen.
3.2.1 Zeitliche Bauablaufplanung
Im Abschnitt 2.2.2 „Technische Anforderungen an die Erdbau-
technik“ wurde erläutert, dass die zulässigen Verformungen des
Unterbaus der freien Strecke aus den Systembedingungen der
Festen Fahrbahn und dem Komfort-Kriterium bei Hochgeschwin-
digkeit resultieren.
Bedingt durch die Herstellung der Erdbauwerke und der hydrau-
lisch gebundenen Tragschicht auf die jeweilige geodätische Soll-
höhe werden die bis dahin aufgetretenen Verformungen bautech-
nisch ausgeglichen. Die Verformungen bis zu diesem Zeitpunkt
sind für die Feste Fahrbahn nicht relevant. Die zulässigen Verfor-
mungen des Unterbaus der freien Strecke sind daher auf Restver-
formungen zu beziehen, die sich ab dem Zeitpunkt des Einbaus
der Festen Fahrbahn bis zum Ende der Lebensdauer der Festen
Fahrbahn einstellen. Inwieweit die Restverformungen für das
Oberbausystem Feste Fahrbahn und das Komfort-Kriterium ver-
träglich sind, muss vor Bauausführung überprüft werden. Sofern
die Überprüfung unzulässige Restverformungen aufzeigt, ist der
Bauablauf zur Reduzierung der Restverformungen auf das zuläs-
sige Maß zeitlich so zu steuern, dass ausreichend Zeit zur Konso-
lidierung zur Verfügung steht. Die Erfahrung bei der Projektumset-
zung der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main zeigt, dass die gesamte
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 70
zeitliche Bauablaufplanung sich an den notwendigen Konsolidie-
rungszeiträumen orientiert.
Zur Überprüfung der Restverformungen ist das Zeitsetzungsver-
halten zu ermitteln. Es wurde erläutert, dass die Eigenverformun-
gen des Erdkörpers vernachlässigt werden können (vgl. Abschnitt
2.4.2 „Bemessung der Erdbauwerke“). Ebenfalls wurde dargelegt,
dass bei Einhaltung der Anforderungen des AKFF [1] die plasti-
schen Verformungen aus Verkehr nicht relevant sind (vgl. Ab-
schnitt 2.4.2 „Bemessung der Erdbauwerke“). Bei der rechneri-
schen Überprüfung des Zeitsetzungsverhaltens kann man sich
somit auf die Betrachtung der Restverformungen des Untergrun-
des beschränken. Sofern in den folgenden Ausführungen, Abbil-
dungen oder Abschnitten Verformungen angesprochen werden,
sind grundsätzlich die des Untergrundes gemeint.
Zur Überprüfung des Zeitsetzungsverhaltens werden die berech-
neten Restverformungswerte in einer „rechnerischen Biegelinie“
(vgl. Bild 3.8) dargestellt. Durch den Vergleich mit den zulässigen
Verformungen nach Bild 2.1 und 2.2 werden Bereiche mit unver-
träglichen Deformationen erkennbar. Wie bereits erläutert, sind al-
le bis zum Zeitpunkt des Einbaus der Festen Fahrbahn eingetre-
tenen Verformungen ausgeglichen. Somit wird die rechnerische
Restverformung auf die Gradiente bezogen.
Auf der linken Seite des Bildes 3.8 ist die geometrische Überprü-
fung der freien Strecke dargestellt. In der rechten Seite wird die
geometrische Prüfung der Übergangsbereiche auf Brückenbau-
werke schematisch gezeigt.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 71
Dammbauwerk Dammbauwerk Brückenbauwerk
Gradiente su,i su,i+1 su,i+3 su,i+2 su,i+4 su,i+5 su,i+6 su,i+8 su,i+7 su,i+9 su,i+10
Bild 3.8:
zul.ra
∆l
lü
Gradiente
zul.ψu
zul.ra, zul.ψu innerhalb lü nach AKFF [1] (vgl. auch Bild 2.1, 2.2)
Re
Rechnerische Gesamtverformungen
Re
Erläuterung: ra Muldenausrundungsradius su Plastische Verformungen des Untergrundes ψu Verdrehung des Erdbauwerkes im Übergangsbereich zum Brückenbauwerk
infolge Untergrundverformung lü Länge des Übergangsbereiches auf ein Brückenbauwerk nach AKFF [1] ∆l Längendifferenz zwischen zwei betrachteten Punkten
su
∆l² 4 ⋅ su
ra = nach VOGEL UND GRÜBL [37]
ψu
Rechnerische Überprüfung des Zeitsetzungsverhal-tens zur Erkennung von Bereichen mit unzulässigen Verformungen (schematisches Beispiel)
chnerische Verformung zum Zeitpunkt des Einbaus der FF
chnerische Restverformung („Rechnerische Biegelinie“)
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 72
Für die Ermittlung der Restverformungen zur zeitlichen Steuerung
des Bauablaufes ist das Zeitsetzungsverhalten des Untergrundes
zutreffend abzuschätzen. Bild 3.9 zeigt schematisch die Verfor-
mungen über die Zeit unter Beachtung der Zeitpunkte Einbau der
Festen Fahrbahn und Ende der Lebensdauer.
Grundlage der Abschätzung des Zeitsetzungsverhaltens ist die
Konsolidierungstheorie. Hierzu müssen der Durchlässigkeitsbei-
wert und die Steifigkeit des Untergrundes bekannt sein. Genauere
Ergebnisse sind aus der Auswertung der Kompressionsversuche
zu erwarten
länglich be
Theorie und
Bild 3.10 z
Überprüfun
gelegte Ko
Verfo
rmun
g
Zeit
Einbau FF
sr
Bild 3.9: Prinzipskizze der zeitlichen Entwicklung der Verfor-mungen
Ende Lebensdauer
Erläuterung: sr Rechnerische Restverformung
, die den Konsolidierungsbeiwert cv liefern. Auf die hin-
kannten Ungenauigkeiten dieser Berechnungen in
Praxis sei an dieser Stelle nur hingewiesen.
eigt an einem schematischen Beispiel, wie der der
g des Zeitsetzungsverhaltens nach Bild 3.8 zugrunde
nsolidierungszeitraum bis zum Einbau der Festen
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 73
Fahrbahn in die zeitliche Bauablaufplanung integriert werden
kann. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Konsolidierungszeit-
räume so ausreichend sind, dass keine unzulässigen Verformun-
gen in der freien Strecke auftreten.
Bei der Abschätzung der Verformungen zu einem definierten Zeit-
punkt, wie z.B. der Baubeginn der Festen Fahrbahn, ist zu beach-
ten, dass der durch die Schüttung der Erdbauwerke bedingte zeit-
abhängige Spannungszustand einen nicht unerheblichen Einfluss
auf die Konsolidierung ausübt. Auf der sicheren Seite liegend kann
der Beginn der Konsolidierung nach Fertigstellung der Schüttung
angesetzt werden. Sollen genauere Betrachtungen, beispielsweise
aufgrund eines sehr kurzzeitigen Konsolidierungsverhaltens bei
geringen Bauzeiten angestellt werden, so ist die geplante zeitliche
Spannungsänderung zu berücksichtigen.
Wid
erla
ger
Zeit
[Mon
ate]
Station
Bild 3.10: Zeitliche Bauablaufplanung (schematisches Beispiel)
Dammbauwerk
Einschnitt Brücken-bauwerk
Herstellung der Festen Fahrbahn
Rechnerischer Konsolidierungszeit-
raum nach Fertigstellung des Damm-
bauwerks bis zum Einbau der FF
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 74
3.2.2 Räumliche Bauablaufplanung
Ziel der räumlichen Bauablaufplanung ist die Zuordnung der Aus-
hub- oder Tunnelausbruchmassen zu den Einbaumassen unter
Berücksichtigung der Anforderungen an die Erdbaustoffe, die in
den jeweiligen Arbeitsanweisungen festgelegt sind.
Zur Durchführung dieser Aufgabe sind alle Aushub- oder Tunnel-
ausbruchmassen und Einbaumassen nach Art, Menge und Ort zu
klassifizieren. Auf dieser Datengrundlage erfolgt die Planung der
räumlichen Bauablaufplanung. Die Aushub- oder Tunnelaus-
bruchmassen müssen hierbei als aufgelockerte Massen den Erd-
bauwerken zugeordnet werden (vgl. Bild 3.11).
Die Zuordnung der Aushubmassen zu den Einbaumassen muss
derart erfolgen, dass die in den Arbeitsanweisungen Prüfung der
Erdbaustoffe festgelegten Anforderungen an die Erdbaustoffe ein-
gehalten werden.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 75
Bild 3.11: Räumlich
0+000
0+050
0+150
0+200
0+100
0+300
0+250
0+400
0+350
0+750
0+700
0+650
0+600
0+550
0+500
0+450
Stab
ilisie
rung
... m³
... m³
... m³
... m³
... m³
Frem
dmas
sen
...
m³
D
amm
Nr.
... m
³
... m
³
... m
³ ...
m³
... m
³
... m
³
... m
³ ...
m³
... m
³
... m
³
... m
³
... m³ Zo
ne 1
Zone
2
Zone
3
Zone
4
EBG
2
EBG
3
EBG
4
... m³
... m
³
... m³
Zone
5
... m
³
Stat
ion
Ei
nsch
nitt
Nr.
... m³
Ei
nsch
nitt
Nr.
Tu
nnel
bauw
erk
Nr.
... m³
EBG
1
e Bauablaufplanung (schematisches Beispiel)
EBG 4 – Massenstrom
EBG 3 – Massenstrom
EBG 2 – Massenstrom Deponie
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 76
Zur Sicherstellung der Wirtschaftlichkeit ist stets die Verhältnis-
mäßigkeit der Transportwege zu überprüfen (vgl. Bild 3.12). Lange
Transportwege sind in das Verhältnis zu Bodenkonditionierungs-
maßnahmen oder Fremdmassenzukauf zu setzen, woraus sich die
wirtschaftlichere Vorgehensweise ableiten lässt.
3.2.3
ja ja
Faktor B / F < 1?
Faktor T / B < 1?
nein
Kosten für
Fremdmassenzukauf
Kosten für
Aufbereitung und Bodenkonditionierung
Kosten für
Transport und Aufbe-reitung von
Bodenmassen
Transport
Bodenverbesserung
Fremdmassen
Bild 3.12: Verfahrensanweisung zur Überprüfung der Wirt-schaftlichkeit langer Transportwege
nein
ErstellungBauablauf
Aus den v
Bauablaufp
führt unwei
Aufgabe, fü
von Datenblättern zur zeitlichen und räumlichen planung
orgenannten Ausführungen wird ersichtlich, dass die
lanung eine zeitlich-räumliche Aufgabe darstellt. Dies
gerlich zu einer sehr komplexen ingenieurtechnischen
r die ein Kontrollinstrumentarium zur Überprüfung der
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 77
räumlichen und zeitlichen Bauablaufplanung sinnvoll ist. Hierzu
wird das in Bild 3.13 dargestellte Datenblatt vorgeschlagen, das
alle relevanten Informationen beinhaltet. Durch einfache Gegen-
rechnungen können die qualitativen und quantitativen sowie zeitli-
chen Massenströme auf der Entnahme- und Einbauseite auf ihre
Schlüssigkeit überprüft werden. Die Wirtschaftlichkeitsfaktoren T/B
und B/F nach Bild 3.12 werden ebenfalls dokumentiert.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 78
Massenquelle Nr. Art ............. Kubatur ......... m³ Zeitraum von ........ bis ........
Schüttmassen: "#Zone 1 ......... m³ "#Zone 2 ......... m³ "#Zone 3a/3b ......... m³ "#Zone 4 ......... m³
Ablagerungsfläche Nr. ........ Kubatur ........ m³
Massenstrom Nr. Zone ........ Faktor T / B ........ B / F ........ Massenstrom von ........ nach ........ Kubatur ....... m³ Zeitraum von ........ bis ........
Massenstrom Nr. Zone ........ Faktor T / B ........ B / F ........ Massenstrom von ........ nach ........ Kubatur ....... m³ Zeitraum von ........ bis ........
Massenstrom Nr. Zone ........ Faktor T / B ........ B / F ........ Massenstrom von ........ nach ........ Kubatur ....... m³ Zeitraum von ........ bis ........
Massenstrom Nr. MassenKubatuZeitrau
Übergangsbereich Nr. ........ Zone 1 ........ m³ / Zone 4 ........ m³ Zeitraum der Schüttung von ......... bis .......... Herkunft der Massen:
Fremdmassen
Massenstrom Nr. Zeitraum Kubatur Zone
Einschnitt Nr. ........ Homogenbereich Nr. ........ Zone 1 ........ m³ / Zone 3b ........ m³ Zeitraum der Schüttung von ......... bis .......... Herkunft der Massen:
Fremdmassen
Massenstrom Nr. Zeitraum Kubatur Zone
Damm Nr. ......... Homogenbereich Nr. ........ Zone 1 ........ m³ / Zone 2 ......... m³ / Zone 3a/3b ........ m³ Zeitraum der Schüttung von ......... bis .......... Herkunft der Massen:
Fremdmassen
Massenstrom Nr. Zeitraum Kubatur Zone
Bild 3.13
Zeitraum der Schüttung von ........ bis ........ Herkunft der Massen:
Massenstrom Nr. Zeitraum Kubatur strom von ........ nach ........ r ....... m³ m von ........ bis ........
: Datenblatt zur zeitlichen und räumlichen Bauablaufplanung
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 79
3.3 Steuerung der qualitätsrelevanten Arbeitsabläufe
Der Qualitätssicherung wird durch die Planung und Anwendung
der Arbeitsanweisungen, die die Materialien, die Art und Weise
der baulichen Umsetzung, die Qualitätsanforderungen und die
Prüfungsmaßnahmen nach Art und Zahl festlegen, alleine nicht
genüge getan. Die Arbeitsanweisungen beinhalten keine Anga-
ben, wie im Falle einer relevanten Abweichung des Baugrundes
vom Modell oder nicht erreichten Qualität der Erdbauwerke zu ver-
fahren ist. Ebenfalls ist die zeitliche Einbindung der Arbeitsanwei-
sungen in den Baubetrieb nicht geklärt. Daher sind Regularien für
die Umsetzung der Arbeitsanweisungen notwendig. Diese Steue-
rung der qualitätsrelevanten Arbeitsabläufe erfolgt durch Verfah-
rensanweisungen. Die für den Erdbau benötigten Verfahrensan-
weisungen sind die allgemein gültigen Verfahrensanweisungen
Prüfung des Baugrundmodells und Herstellung der Zone 1 bis Zo-
ne 5 enstprechend den Bildern 3.14 und 3.15.
Der Bauausführende ist als Ersteller der Erdbauwerke für die Um-
setzung der Verfahrensanweisungen verantwortlich. Durch Mitwir-
kung des Objektüberwachers bei der Durchführung der Eigen-
überwachung können Kontrollprüfungen im Sinne der ZTVE-
STB 94 [39] entfallen. Durch die Beteiligung des Objektüberwa-
chers bei der Dokumentation wird der Forderung der ZTVE-
STB 94 [39] genüge getan, dem Auftraggeber auf Verlangen die
Ergebnisse der Eigenüberwachung vorzulegen.
3.3.1 Verfahrensanweisung zur Prüfung des Baugrundmodells
Bild 3.14 zeigt das Flussdiagramm zur Prüfung des Baugrundmo-
dells. Wesentliches Element ist hierbei die Umsetzung der Ar-
beitsanweisung Prüfung des Baugrundmodells. Sollten Abwei-
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 80
chungen von dem in der Fachplanung zugrunde gelegten Bau-
grundmodell auftreten, so sind gegebenenfalls zusätzliche Feld-
und Laborversuche nach Tabelle 2.2 und 2.3 erforderlich. Hier-
nach erfolgt dann die Überarbeitung der Ausführungsplanung und
die Freigabe zur Herstellung der Gründung.
3.3.2 Verfahrensanweisung zur Herstellung der Erdbauwerke
In Bild 3.15 ist das Flussdiagramm für die Herstellung der Erd-
bauwerke dargestellt. Zunächst erfolgt, wie im Erdbau allgemein
üblich, eine Eignungsprüfung und eine Eigenüberwachung der zur
Verwendung vorgesehenen Baustoffe entsprechend der Arbeits-
anweisung. Sollte sich hierbei herausstellen, dass das Material
nicht der geforderten Qualität entspricht, ergibt sich die Möglich-
keit der Modifikation der Ausführungsplanung oder der Wahl eines
alternativen Baustoffes. Hiernach erfolgt die Durchführung der Ar-
beitsanweisungen zur Herstellung der im Bau befindlichen Zone
und zur Überprüfung der Qualität. Sofern die geforderte Qualität
nachgewiesen werden konnte, erfolgt die Freigabe der eingebau-
ten Lage. Anderenfalls sind Nachbesserungsarbeiten in den rele-
vanten Bereichen erforderlich. Die Leistung gilt als abgeschlossen,
wenn das Bauwerk in allen Lagen qualitätsgerecht fertiggestellt ist.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 81
nein ja Übereinstimmung gegeben?
Freigabe
Dokument
Dokument
Durchführung der AA Prüfung des
Baugrundmodells Dokument
Erdbau-technisches Querprofil
Ergänzende geotechnische Feld- / La-boruntersuchungen, Überarbeitung der
Ausführungsplanung
Bild 3.1
4: Verfahrensanweisung zur Prüfung des Baugrundmodells
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 82
ja
Material verwendbar?
Durchführung der AA Zone 1 bis Zone 5
Durchführung der AA Prüf. der Produkte
In Ordnung?
nein
Überarbeitung der Fachplanung oder
Wahl eines anderen Materials
Dokument
nein
Dokument
Bauwerk fertig? nein
Erdbau-technisches Querprofil
nacharbeiten
Durchführung der AA Prüfung der Erdbaustoffe
und -gemische Dokument
Bild 3.15
ja
Erdbau-technisches Querprofil
: Verfahre
ren Grün
ja
Leistung abgeschlossen Dokument
nsanweisung zur Herstellung von Erdkörpern und de-dungen
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 83
3.4 Verformungskontrolle des Fahrweges
Auf die Bedeutung einer zutreffenden Verformungsermittlung wur-
de eingehend eingegangen. Auf der planerischen Seite sind alle
möglichen Schritte zu unternehmen, um zutreffende Verformungs-
prognosen zu erhalten. Wie im Rahmen der erdbautechnischen
Fachplanung erläutert, stellen die Verformungsberechnungen aber
immer Abschätzungen dar.
Durch Beobachtung werden die Verformungen messtechnisch er-
fassbar und somit auswertbar. Nur hierdurch wird sichergestellt,
dass die Restverformungen, die sich nach Einbau der Festen
Fahrbahn einstellen, für den Oberbau verträglich sind. Darüber
hinaus kann im Fall nicht prognostizierter und somit unerwarteter
Verformungen eine Strategie zum Ausgleich der möglicherweise
unzulässigen Verformungen entwickelt und umgesetzt werden.
Zur Erreichung dieser Zielsetzung sind die nachfolgend aufgeführ-
ten Maßnahmen notwendig.
3.4.1 Planung der Anordnung von Verformungsmesspunkten
Zur Durchführung der Verformungskontrolle ist die Anordnung der
Messpunkte festzulegen. Prinzipiell erfolgen Messungen an den
Stellen, die aus den Erkenntnissen der rechnerischen Verfor-
mungsermittlung oder wegen der Gründungsmaßnahmen als kri-
tisch einzustufen sind. Setzungsmessungen sollten daher durch-
geführt werden, wenn
• der zeitliche Verlauf der Setzungen mit den erfassbaren Kon-
solidierungsfaktoren nicht genügend genau prognostiziert wer-
den kann,
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 84
• die rechnerischen Restverformungen des fertigen Erdkörpers
mehr als 6 cm betragen,
• die Dammhöhe größer als 10 m ist,
• zur Baugrundverbesserung Geokunststoffe verwendet oder
• relevante Hebungen in Einschnitten erwartet werden.
Da möglicherweise lokale und tief liegende Schwachstellen im Zu-
ge der Baugrunduntersuchungen und der Prüfung des Baugrund-
modells nicht ersichtlich wurden, sind zusätzlich je Dammbauwerk
mindestens ein und alle 100 m eine weiterere Messung vorzuse-
hen. Im Bereich der Übergangsbereiche auf Brückenbauwerke
sind ebenfalls Messstellen anzuordnen, deren Platzierungen nach
Maßgabe der prognostizierten Verformungsmulde bestimmt wer-
den.
Bild 3.16 zeigt an einem schematischen Beispiel, wie die Festle-
gung der Verformungsmesspunkte erfolgt.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 85
Bild 3.16
Stationierung
rechnerische Ver-formungswerte
Dammhöhe
Grünnahm
gemischtkörnige Dammschüttung Dammschüttmassen
< 60
mm
> 60
mm
> 60
mm
< 60
mm
rechnerische Ver-formungsmulde
GOK
Schicht n
Schicht 2
Schicht 1
OK Erdplanum
Grundwasser
< 10
m
< 10
m
< 10
m
< 10
m
Gradiente
Messpunkt, kritischer Be-reich
Sonstige Messpunkte
Maximaler Abstand: 100 m
: Festlegung von Verformungsmesspunkten (schematisches
Beispiel)
dungsmaß-en Stabilisierung mit scherfesten Materialien
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 86
3.4.2 Durchführung der Verformungsmessungen
Zur Durchführung von Setzungsmessungen bei Erdbauwerken für
Verkehrsanlagen können während der Erstellung Stangenpegel
oder Differenzdruckmesser eingesetzt werden. Nach Herstellung
der Erdkörper sind Setzungspegel auf der Oberfläche verwendbar.
Stangenpegel haben den erheblichen Nachteil, dass sie den Erd-
baubetrieb stören, in ihrer Höhe entsprechend dem Schüttvorgang
angepasst werden müssen und im Bereich des Pegels kein ma-
schineller Erdbau möglich ist. Erfahrungsgemäß ist hiermit eine
Beeinträchtigung der Qualität des Erdbaus verbunden. Eine Ver-
wendung von Stangenpegeln wird daher nicht empfohlen.
Der Differenzdruckmesser hat keine negativen Auswirkungen auf
den Baubetrieb. Dieser misst den Flüssigkeitsdruck in einer Set-
zungsmesszelle, die im gewachsenen Boden mittig unter dem
Erdbauwerk angeordnet wird. Zusammendrückungen des Unter-
grundes führen zu einer Änderung des hydrostatischen Druckes,
der im Differenzdrucknehmer gemessen wird. Über die Poten-
zialänderung wird die Verformung errechnet. Aus praktischen Er-
fahrungen liegt die Systemgenauigkeit bei etwa ± 1 cm.
Nach Fertigstellung des Erdkörpers und Erreichen der Systemge-
nauigkeit der Differenzdruckmesser können weitere Verformungen
durch Setzungspegel auf der Oberfläche des Erdkörpers gemes-
sen werden. Die Pegel bestehen aus ausreichend verschiebesi-
cheren Stahlstangen, die terrestrisch in einem definierten Zeitin-
tervall aufgemessen werden. Diese zeigen den zeitlichen Verfor-
mungsverlauf des Erdkörpers und des Untergrundes an.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 87
3.4.3 Definition von zeitabhängigen Schwellenwertlinien
Für die jeweiligen Messpunkte werden Schwellenwerte festgelegt,
deren Überschreitung dem Bauausführenden einen Hinweis dar-
auf geben, wo sich Verformungsbeträge größer als in der erdbau-
technischen Fachplanung rechnerisch ermittelt einstellen können.
Die Festlegung der Schwellenwerte darf hierbei nicht nur in Bezug
auf die prognostizierten Verformungen gesehen werden, vielmehr
ist auch der Zeitsetzungsverlauf zu beachten. Aus dieser Überle-
gung heraus lässt sich aus ingenieurtechnischen Gesichtspunkten
eine zeitabhängige Schwellenwertlinie ermitteln (vgl. Bild 3.17).
Diese Schwellenwertlinie muss die zulässigen geometrischen An-
forderungen beachten und eine ausreichende Sicherheitsreserve
aufweisen.
Verfo
rmun
g
Zeit
Last
theoretische Zeit-Belastungslinie aus der zeitlichen Bauablaufplanung
theoretische Zeitsetzungslinie aus der erdbautechnischen Fachplanung
zeitabhängige Schwellenwertlinie
Bild 3.17: Ermittlung der Schwellenwertlinie (schematisch)
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 88
Sollte der Schwellenwert an einem Messpunkt überschritten wer-
den, so sind geeignete Korrekturmaßnahmen festzulegen und
durchzuführen. Diese sehr theoretische Feststellung lässt sich
praktisch kaum umsetzen, da zu diesem Zeitpunkt eine Beschleu-
nigung der Konsolidierung nur noch durch Überhöhung der Erd-
bauwerke zur Erhöhung des Spannungszustandes möglich ist.
Dies zeigt nochmals sehr eindringlich die Bedeutung des zutref-
fenden Baugrundmodells, einer genauen Verformungsberechnung
und der rechnerischen Überprüfung des Zeitsetzungsverhaltens.
Zumindest aber werden Problembereiche mit vermeintlich unzu-
lässigen Verformungen frühzeitig im Vorfeld sichtbar und eine be-
schleunigte Lastaufbringung kann erfolgen.
3.4.4 Ermittlung der Last-Verformungs-Diagramme
Die mittels Differenzdruckmesser und Setzungspegel zu überprü-
fenden Verformungen werden in einem regelmäßigen Zeitintervall
gemessen und für jeden Messquerschnitt in Last-Verformungs-
Diagrammen eingetragen (vgl. Bild 3.18).
Der Zeitpunkt, ab dem die Messungen der Pegel aufgrund mögli-
cher Messungenauigkeiten keine weiteren Informationen über das
Zeitsetzungsverhalten des Erdkörpers liefern, ist im Wesentlichen
von der Messtechnik, der baulichen Sicherung sowie der Tempe-
raturempfindlichkeit der Pegel abhängig. Unter Berücksichtigung
der erdbautechnischen Anforderungen, die eine Verformung des
Unterbaus aus statischen Einwirkungen von + 1,5 cm zulässt, ist
eine Messgenauigkeit von ± 0,1 cm anzustreben.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 89
3.4.5 Prognose der Restverformungen
Die Gesamtverformungsprognose ist notwendig, um die zu erwar-
tenden Restverformungen aus der Differenz der prognostizierten
Gesamtverformungen zu den Verformungen zum Zeitpunkt des
Einbaus der Festen Fahrbahn zu ermitteln. SCHULTZE UND
HORN [28] stellt eine zeichnerische Variante der Prognose der
Gesamtverformungen vor. Tabellenkalkulationsprogramme bieten
darüber hinaus die Möglichkeit verschiedene Regressionslinien zu
berechnen.
des zeitlich
Polynom d
kann die Se
chen der L
Verfo
rmun
g
Zeit
Last
Zeit-Belastungslinie
gemessene Verformung
Bild 3.18: Darstellung von Spannung und Verformung im Quer-schnitt (schematisch)
zeitabhängige Schwellenwertlinie
DÖRR ET AL [3] verwenden hierbei zur Beschreibung
en Verlaufes der Setzungen eine Funktion mit einem
ritten Grades. Unabhängig von der Vorgehensweise
tzung für den gesuchten Zeitpunkt, nämlich dem Errei-
ebensdauer der Festen Fahrbahn, berechnet werden.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 90
Bild 3.19 zeigt die Verfahrensanweisung zur Prognose der Rest-
verformungen.
Um verlässliche Aussagen insbesondere hinsichtlich der Prognose
der Restsetzungsmulde in Längsrichtung (vgl. Bild 3.20) zu be-
kommen, schlagen DÖRR ET AL [3] folgende Regelabstände für
Messungen vor, die die Messpunkte nach Abschnitt 3.4.1 entspre-
chend verdichten:
• In Einschnitten und Geländegleichlagen ca. 100 m
• In Dammbereichen ca. 50 m
• In setzungsgefährdeten Abschnitten Verdichtung auf 25 m
• In Hinterfüllbereichen Verdichtung auf 5 bis 10 m
Es versteht sich, dass zur Verdichtung der Messabstände nur
noch Setzungspegel auf der Oberkante der Frostschutzschicht
(Zone 5) in Frage kommen. Die Verfahrensanweisung nach Bild
3.19 beginnt erst bei der Stufe der Einrichtung der Setzungspegel.
Nach DÖRR ET AL [3] können Querverkantungen bei Dammauf-
standsflächen mit einer Neigung größer als 1:5 durch zusätzliche
Pegel an der Dammschulter erfasst werden.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 91
B
< ± 1 cm ? nein
nein
Durchführung von Korrekturmaßnahmen
Korrekturmaßnahmen erforderlich?
Prognose der Gesamtverformungen
Ermittlung der Restverformungen
Messung der Verformungen
Einrichtung der Differenzdruckmesser
nein
nein
Durchführung von Korrekturmaßnahmen
Korrekturmaßnahmen erforderlich?
nein
Einrichtung der Setzungspegel
ja
Ermittlung der Restverformungen
Messung der Verformungen
Prognose der Gesamtverformungen
genauere Messungen erforderlich ?
ja
ja
ja
Verdichtungspegel
ild 3.19: Verfahrensanweisung zur Prognose der Restverformungen
< ± 0,1 cm ?
Ermittlung der Biegelinie zur Freigabe des Einbaus FF
ja
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 92
3.4.6 Freigabe des Erdkörpers zum Einbau der Festen Fahrbahn
Bild 3.20 zeigt beispielhaft, wie nach Abschluss aller Messungen
durch eine Restverformungslinie der Nachweis der Erfüllung der
Anforderungen an die Erdbauwerke geliefert werden kann. Zur Er-
läuterung sei darauf hingewiesen, dass vor dem Einbau der Fe-
sten Fahrbahn die Oberkante der Frostschutzschicht auf die ge-
naue Höhe entsprechend der Gradiente gebracht und / oder die
hydraulisch gebundene Tragschicht des Oberbaus entsprechend
verdickt ausgeführt wird, so dass alle bis dahin eingetretenen Ver-
formungen für die Verträglichkeit der Festen Fahrbahn irrelevant
sind. (vgl. hierzu analoge Betrachtung in Abschnitt 3.2.1 „Zeitliche
Bauablaufplanung“). Die im Bild 3.20 dargestellte zulässige Mul-
denausrundung und die zulässige maximale Verformung in der
Mulde beziehen sich auf die Restverformungslinie, die sich aus
der Differenz der Gesamtverformungslinie zu der Verformungslinie
zum Zeitpunkt des Einbaus der Festen Fahrbahn ergibt. Diese
Restverformungslinie kann aufgrund der vorgenannten bautechni-
schen Vorgehensweise parallel zur Gradiente angetragen werden.
Sofern in definierten Bereichen der Strecke entsprechend dem
hier gezeigten Nachweis der Einbau der Festen Fahrbahn zulässig
ist, erfolgt die Freigabe zur Herstellung des Oberbausystems. Die
Phase der Ausführung des Erdbaus ist damit abgeschlossen.
Maßnahmen bei der Projektumsetzung 93
Restverformungslinie
Parallele zur Gradiente
gemessene Verfor-mungen zum Zeit-punkt t
gemessene Verfor-mungen zum Zeitpunkt Einbau der FF
Prognose der Gesamt-verformungen
Einschnitt Einschnitt Dammbauwerk
Gradiente
Bild 3.20: Rke
zulässige Muldenausrundung entsprechend den Anforderungen nach AKFF [1]
maximale zulässige Verformung in der Mulde, vgl. AKFF [1]
Differenz-druckmesser
Setzungspegel
estverformungslinie des Unterbaus der freien Strek- (schematisches Beispiel)
Prozessablauf bei der Umsetzung des Konzeptes 94
4. PROZESSABLAUF BEI DER UMSETZUNG DES KONZEPTES
Die Arbeit ist in zwei systematische Teile gegliedert. In der Realität
ist eine derart klare Trennung nicht erkennbar, vielmehr gibt es
Rückwirkungen zwischen der Projektumsetzung und der Erdbau-
technik. In Bild 4.1 ist der Prozessablauf, der die wesentlichen Ar-
beitsschritte des Konzeptes und die zugehörigen Wechselwirkun-
gen beinhaltet, dargestellt.
Die Baugrunduntersuchung und das zugehörige Baugrundmodell
dienen als Grundlage der erdbautechnischen Fachplanung, in de-
ren Ergebnis die Erdbautechnik steht. Die Schnittstelle zwischen
der Erdbautechnik und der Projektumsetzung sind die Arbeitsan-
weisungen, die wie die vorgenannten Arbeitsprozesse Baugrund-
untersuchung, Baugrundmodell und Fachplanung verantwortlich
vom Fachplaner durchzuführen bzw. aufzustellen sind.
Durch die Bauablaufplanung des Bauausführenden können sich
Grundlagen der Fachplanung ändern, so dass eine Anpassung
der Planung und der Arbeitsanweisungen notwendig wird (vgl. Ab-
schnitt 3.2 „Bauablaufplanung“).
Sofern bei der Durchführung der Arbeitsanweisung zur Prüfung
des Baugrundmodells vom Bauausführenden relevante Abwei-
chungen vom Modell festgestellt werden, sind weitere Baugrund-
untersuchungen erforderlich (vgl. Bild 3.14). Der Prozessablauf
wiederholt sich für den relevanten Streckenabschnitt von der Bau-
grunduntersuchung bis zur Durchführung der Arbeitsanweisungen,
so dass zusätzlich die vorgenannte Rückkoppelung zwischen der
Bauablaufplanung und der Fachplanung vonnöten sein kann.
Prozessablauf bei der Umsetzung des Konzeptes 95
Die Durchführung der Arbeitsanweisung zur Prüfung der Erdbau-
stoffe, die im Verantwortungsbereich des Bauausführenden liegt,
kann zu einer notwendigen Änderung der Fach- oder Bauablauf-
planung führen (vgl. Bild 3.15). Eine Änderung der Fachplanung
bedingt analog zu obigem eine Modifizierung der Arbeitsanwei-
sungen. Durch eine Umstellung der Bauablaufplanung sind nach
vorgenanntem Zusammenhang möglicherweise die Fachplanung
und die Arbeitsanweisungen erneut anzupassen.
Zeigt sich bei der vom Bauausführenden verantwortlich durchzu-
führenden Kontrolle der Verformungen des Fahrweges eine Über-
schreitung der Schwellenwerte, ist nur eine Anpassung des Bau-
ablaufes zielführend (vgl. Abschnitt 3.4.3 „Definition von zeitab-
hängigen Schwellenwertlinien“). Der Prozess wird somit auf die
Stufe der Bauablaufplanung rückgeführt, wo er sich dann weiter
nach den zuvor dargestellten Abläufen entwickelt. Ausgenommen
ist eine Durchführung der Arbeitsanweisung zur Prüfung des Bau-
grundmodells mit der damit verbundenen möglichen Rückführung
auf die Stufe der Baugrunduntersuchung, da die Prüfung bereits
abgeschlossen ist und sich der Baugrund durch den laufenden
Bauprozess einer weiteren Feststellung entzieht.
In dem Flussdiagramm sind externe Eingriffe in den Bauablauf,
beispielsweise durch Behinderungen oder Änderungsanordnun-
gen des Auftraggebers, gesondert dargestellt. Diese in der Bau-
praxis ständig vorkommenden Ereignisse greifen in den Prozess
an der markierten Stelle der Bauablaufplanung ein, mit der Folge,
dass der Ablauf nach obigem Muster erneut beginnt.
Der Prozessablauf, der mit der Freigabe des gesamten Fahrwe-
ges abschließt, zeigt eine fortwährende Zusammenarbeit zwi-
Prozessablauf bei der Umsetzung des Konzeptes 96
schen Fachplaner und Bauausführendem. Auch die externen Ein-
griffe in den Baubetrieb machen eine permanente Abstimmung
und Anpassung zwischen Planung und Projektumsetzung not-
wendig.
Der hier vorgestellte Prozessablauf verdeutlicht zwei wesentliche
Managementgrundsätze bei der Abwicklung des Erdbaus für
Hochgeschwindigkeitsstrecken mit Fester Fahrbahn. Der Fachpla-
ner gehört zum Stammpersonal einer Organisation, die mit der
Abwicklung einer solchen Baumaßnahme betraut wurde. Zugleich
ist die Fachplanung und die Projektumsetzung in der Schnittstelle
durch eine qualifizierte Person zu koordinieren und zu steuern.
Beides wird in den folgenden Ausführungen zur Einbindung des
Konzeptes in ein effizientes Projektmanagement vertieft.
Prozessablauf bei der Umsetzung des Konzeptes 97
Externe Eingriffe
Verformungskontrolle
Baugrundmodell
Erdbautechnische Fachplanung
Baugrunduntersuchung
Erstellung von Arbeitsanweisungen
Bauablaufplanung
Durchführung der Ar-beitsanweisungen
Bild 4.1:
Plan
ung
der
Erdb
aute
chni
k
Maß
nahm
en b
ei d
er P
roje
ktum
setz
ung
Schn
itt-
stel
le
Verantwortlich: Fachplaner
Verantwortlich: Bauausführender
Fre
Prozess
igabe zum Einbau FF
ablauf bei der Umsetzung des Konzeptes
Einbindung des Konzeptes in ein projektspezifisches Qualitätsmanagement 98
5. EINBINDUNG DES KONZEPTES IN EIN PROJEKTSPEZIFI-SCHES QUALITÄTSMANAGEMENT
In diesem Abschnitt wird aufgezeigt, wie das Konzept in ein Quali-
tätsmanagement-System nach der EN ISO 9001:2000 integriert
werden kann.
Die Herstellung von Erdbauwerken unterscheidet sich von den
meisten qualitätsgesteuerten Produktionsprozessen durch die
Tatsache, dass die Erdbauwerke Unikate darstellen. Daneben
werden infolge des Umfanges von Neubaustrecken spezielle Or-
ganisationsformen (Arbeitsgemeinschaften, Projektgruppen) für
die Projektrealisierung gewählt. In der Konsequenz bedeutet dies,
dass entweder für die Projektrealisierung ein eigenständiges QM-
System eingeführt oder bestehende Systeme für die Projektreali-
sierung angepasst werden. Da die Einführung eines eigenen QM-
Systems bis hin zur Zertifizierung aufgrund des langen Zeitraumes
in der Regel ausscheidet, ist die Implementierung eines projektbe-
zogenen Qualitätsmanagements in zertifizierte QM-Systeme der
Bauausführenden zielführend. Dieses projektbezogene Qualitäts-
management wird hier zur Abgrenzung zu zertifizierten QM-
Systemen als projektbezogenes Qualitätsmanagementsystem
(PQM-System) bezeichnet. Da dieser PQM-Plan eine Anpassung
eines oder mehrerer zertifizierter QM-Systeme beinhaltet, kann
auf eine Zertifizierung verzichtet werden.
Das hier vorgestellte Konzept kann in ein solches PQM-System in-
tegriert werden. Hierbei bezieht sich die Einbindung in die Wert-
schöpfungskette, also der Produktrealisierung. Bild 5.1 zeigt das
entsprechend modifizierte Modell eines prozessorientierten Quali-
tätsmanagementsystems nach der EN ISO 9001:2000.
Einbindung des Konzeptes in ein projektspezifisches Qualitätsmanagement 99
Kunde:
DB AG Kunde:
DB AG
Verantwortung der Projektleitung
Messung, Analyse, Verbesserung
Management von Ressourcen
Produkt
Anforde-rungen (AKFF,
DS Richt-linien, sonsti-ges) Eingabe Ergebnis
Produkt- realisierung
Wertschöpfung
Information
Bild 5.1: Modell eines prozessorientierten PQM-System
Zufrie-denheit
Ständige Verbesserung des projektbezogenen Qualitätsmanagementsystem
Integration des Konzeptes
Einbindung des Konzeptes in ein effizientes Projektmanagement 100
6. EINBINDUNG DES KONZEPTES IN EIN EFFIZIENTES PRO-JEKTMANAGEMENT
Wie der Prozessablauf bei der Umsetzung des Konzeptes zeigt,
ist eine enge Zusammenarbeit während der gesamten Projektrea-
lisierungsphase zwischen dem Fachplaner und dem Bauausfüh-
renden zwingend erforderlich. Hieraus leitet sich ab, dass die Pla-
nung und Bauausführung vertraglich und organisatorisch durch
entsprechende Vertrags- und Organisationsformen zusammenzu-
fassen sind.
6.1 Einbindung des Konzeptes in eine adäquate Vertragsform
Der klassische Bauvertrag ist der Einheitspreisvertrag mit auftrag-
geberseitiger Leistungsbeschreibung, bei dem die Objekt- und
Tragwerksplanung nach DIN 1356-1 (im Folgenden kurz als Pla-
nung bezeichnet) beim Auftraggeber verbleibt. Der Auftragnehmer
übernimmt hierbei ausschließlich die eigentlichen Bauleistungen.
Nicht anders verhält es sich bei dem sehr häufig verwandten De-
tail-Pauschalvertrag mit auftraggeberseitiger Leistungsbeschrei-
bung, bei dem im Gegensatz zum Einheitspreisvertrag eine un-
veränderte Vergütung vereinbart wird, also das Massenrisiko auf
den Auftragnehmer übertragen wird. Die Bauwirklichkeit zeigt,
dass die mit beiden Vertragsformen verbundene Trennung zwi-
schen Planung und Bauausführung den im Konzept verankerten
Prozessablauf weitgehend behindert.
Von einer Übertragung der Planungsleistungen auf den Auftrag-
nehmer bei vorgenannten Vertragsformen ist abzusehen, da der
Auftraggeber ansonsten die Kostenkontrolle über das Gewerk ver-
liert. Der mit der Planung beauftragte Auftragnehmer kann über
Einbindung des Konzeptes in ein effizientes Projektmanagement 101
die von ihm zu erbringende Planungsleistung die Bauleistungen
und somit das wirtschaftliche Ergebnis steuern.
Eine mögliche Übertragung der Planung und Bauausführung in ei-
ne Hand wird durch einen Global-Pauschalvertrag mit auftrag-
nehmerseitiger Planung ermöglicht. Bei dieser speziellen Form ei-
nes Pauschalvertrages übernimmt der Auftragnehmer die vertrag-
liche Verpflichtung, das Bausoll durch eine von ihm durchzufüh-
rende Ausführungsplanung selber zu bestimmen (KAPELLMANN
[14]). Im Unterschied zu vorgenannten Vertragsformen kommt der
Vertrag auf Grundlage einer funktionalen Leistungsbeschreibung
zustande. Hierdurch gehören im Zweifel alle Leistungen zur Soll-
Leistung, deren Notwendigkeit der Auftragnehmer bei Abgabe des
bindenen Angebotes auf Grund der Pläne, der Leistungsbeschrei-
bung und der ihm bekannten örtlichen Verhältnisse hätte erkennen
können (Bundesgerichtshof, Beschluss vom 30. Juni 1994, VII ZR
133/93). Der Auftragnehmer hat also ein elementares Interesse
daran, durch die Planung die Herstellkosten so gering wie möglich
zu halten. In der Konsequenz entsteht im Gegensatz zu den vor-
genannten Vertragsformen bei Übertragung der Planungsleistun-
gen für den Auftraggeber eine hohe Kostenkontrolle. Unbeachtet
der vielfältigen vertragsrechtlichen Probleme, die nicht Gegen-
stand dieser Betrachtung sein können, ist diese Vertragsform da-
her der Idealtyp für den im Konzept angedachten Prozessablauf
zwischen Planung und Bauausführung.
6.2 Einbindung des Konzeptes in einen adäquaten Organisati-onsaufbau
Der Organisationsaufbau bestimmt maßgeblich, wie reibungslos
die Arbeitsabläufe und Schnittstellen zwischen den Beteiligten in-
Einbindung des Konzeptes in ein effizientes Projektmanagement 102
nerhalb einer Organisation funktionieren. Die im Konzept fixierte
Verknüpfung zwischen Planung und Bauausführung muss sich al-
so auch in dem Organisationsaufbau abbilden. Zusätzlich ist dar-
auf zu achten, dass die Planungsbeiträge der anderen Gewerke in
die erdbautechnische Fachplanung integriert werden können.
Der in Bild 6.1 systematisch dargestellte Organisationsaufbau er-
füllt beide Forderungen. Hierbei gibt es eine übergeordnete Orga-
nisation, die die jeweiligen Fachorganisationen koordiniert. Zur
Verdeutlichung kann das klassische Beispiel einer Arbeitsgemein-
schaft herangezogen werden. Dabei ist die Arbeitsgemeinschaft
die übergeordnete Organisation (auch „Dach-Arge“ genannt), die
im Wesentlichen die Projektgruppen der an der Arbeitsgemein-
schaft beteiligten Firmen, die die Fachorganisationen darstellen,
steuert.
Das Konzept muss in der Fachorganisation Erdbau eingegliedert
werden. Hintergrund ist der in der Regel hohe Spezialisierungs-
grad der Erdbaufachbetriebe, die einen qualitativ hohen Beitrag
zum reibungslosen Ablauf des Prozesses zur Umsetzung des
Konzeptes liefern können.
Von der Fachorganisation Erdbau ist der Prozessablauf zu steu-
ern. Hierfür ist die Benennung eines technischen Koordinators für
die Erdbautechnik, der die Fachplanung, die Arbeitsvorbereitung
und die Bauleitung koordiniert, sinnvoll. Hierdurch werden die we-
sentlichen Arbeitsschritte des Konzeptes Entwicklung eines Bau-
grundmodells, Erdbautechnische Fachplanung, Erarbeitung und
Umsetzung von Arbeitsanweisungen, Bauablaufplanung und Kon-
trolle der Verformungen des Fahrweges in ihrem prozessualen
Geschehen gelenkt und die am Prozess Beteiligten, bestehend
Einbindung des Konzeptes in ein effizientes Projektmanagement 103
aus Fachplaner und Bauausführendem (Arbeitsvorbereiter, Baulei-
ter) koordiniert. Dieses schlanke System ist Grundlage einer effek-
tiven Prozessabwicklung (vgl. auch Abschnitt 4 „Prozessablauf bei
der Umsetzung des Konzeptes“).
Die Koordination der gesamten Technik wird von der übergeord-
neten Organisation übernommen, so dass die Abstimmung auf der
Ebene der technischen Koordinatoren abläuft. Betrachtet man die-
ses System vertiefend, so zeigt sich, dass auf kürzestem Wege
eine umfassende, alle Aspekte berücksichtigende Plan- und
Technikabstimmung ermöglicht wird.
Einbindung des Konzeptes in ein effizientes Projektmanagement 104
Übergeordnete Organisation
Koordination Technik
Koordination PQM-System
Fachorgan. Erdbau
Koordination Erdbautechnik
Koordination PQM-System
Fachorgan. .....
Arbeitsvor-bereitung
Erdbautechn. Fachplanung
Bauleitung Erdbau
Bild 6.1: Idealtypischer Organisationsaufbau zur Einbindung des Konzeptes
Erdbautechnik am Beispiel der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main 105
7. ERDBAUTECHNIK AM BEISPIEL DER NEUBAUSTRECKE KÖLN–RHEIN/MAIN
Die Bauleistungen der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main wurden
auf Basis von Global-Pauschalverträgen an drei Arbeitsgemein-
schaften vergeben. Diese Vertragsform eröffnete den Auftrag-
nehmern die Möglichkeit der Optimierung der Erdbautechnik und
führte zu unterschiedlichen Ansätzen zur Erstellung von Erdbau-
werken für Hochgeschwindigkeitsstrecken mit Fester Fahrbahn.
In zwei Losen der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main entwickelten
die mit dem Erdbau beauftragten Firmen erdbautechnische Kon-
struktionen, die nicht den Regularien des AKFF [1] entsprachen.
Diese im Folgenden vorgestellten, beispielhaften Erdbautechniken
sollen den mit der Projektrealisierung beauftragten Erdbaufachfir-
men Anreiz sein, wirtschaftliche und technische Alternativen zu
den stringenten Konstruktionsvorgaben des AKFF [1] zu schaffen.
7.1 Allgemeines zur Neubaustrecke
Die Neubaustrecke Köln-Rhein/Main ist die erste, rein für den Per-
sonenverkehr konzipierte Bahnstrecke Deutschlands. Komplett mit
Fester Fahrbahn ausgerüstet, verbindet sie die beiden Wirt-
schaftszentren Rhein/Ruhr und Rhein/Main über ein Schnellver-
kehrsnetz. Mit der für das Jahr 2002 vorgesehenen Fertigstellung
der insgesamt 204 km langen und für Tempo 330 km/h ausgeleg-
ten Strecke wird die Fahrzeit von Köln nach Frankfurt halbiert
werden.
Haltepunkte der Hochgeschwindigkeitsstrecke werden der Frank-
furter Hauptbahnhof, der Flughafen Frankfurt, Limburg Süd, Mon-
tabaur, Bonn/Siegburg, der Flughafen Köln-Bonn und der Kölner
Erdbautechnik am Beispiel der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main 106
Hauptbahnhof sein. Wiesbaden und Mainz werden durch eine
Verbindung, die nördlich des Autobahnkreuzes Wiesbaden von
der Strecke abzweigt, in das Netz integriert. Die neue Strecke ver-
läuft in enger Bündelung mit der Bundesautobahn A3 durch den
Taunus, Westerwald und das Siebengebirge, und damit durch die
Bundesländer Hessen, Rheinland-Pfalz und Nordrhein-Westfalen.
Die Baumaßnahmen der Neubaustrecke sind in drei Bereiche auf-
geteilt. Der nördliche Abschnitt zwischen Köln-Hauptbahnhof und
Bad Honnef sowie der südliche Abschnitt von der Mainquerung bis
zum Frankfurter Flughafen beinhalten die Einbindung der Strecke
in das vorhandene Netz. Der mittlere Bauabschnitt von Bad Hon-
nef bis zur Mainquerung, dem eigentlichen Neubaustreckenbe-
reich mit einer Länge von 135 km, wurde in drei bautechnische
Lose A, B und C unterteilt. Das Los A erstreckt sich von Bad Hon-
nef bis Dierdorf, das Los B von Dierdorf bis Oberbrechen bei Bad
Camberg und das Los C verläuft von Oberbrechen bis zur Main-
querung.
7.2 Erdbautechnik im Los B des Bauabschnittes Mitte der Neu-baustrecke Köln-Rhein/Main
Die erdbautechnische Lösung im Los B basierte auf der Überle-
gung, durch Zugabe von Zement oder Kalk die anfallenden fein-
körnigen Böden einer Wiederverwertung zuzuführen und die Qua-
lität der Erdbauwerke so zu steuern, dass ein gleichmäßig homo-
gener Fahrweg geschaffen wird. Dieser Ansatz wird von DÜRR-
WANG ET AL [5] Stabilisierung genannt, da je nach Bodenart mit
unterschiedlichen Bindemitteln und Bindemittelmengen die Er-
reichbarkeit der erforderlichen bodenmechanischen Kennwerte
gesteuert wird. Hierbei erfolgte keine Verbesserung von ungeeig-
Erdbautechnik am Beispiel der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main 107
Dpr [-]
GU, GT, SU, ST 1,00
1,00 GW, GI, GE, SW, SI, k ≥ 10-5 m/s
0,98 GW, GI, GE, SW, SI, SE
GU, GT, SU, ST GU, GT, SU, ST, UL, UH, TL na ≤ 12%
1,00
0,97
Konstruktion nach AKFF Konstruktion im Los B
hochkohäsiver Dammkörper, ca. 2-4 Gew.-% Bindemittel
na ≤ 12% 0,97
Oberzone, ca. 5-6 Gew.-% Bindemittel ≥ 3,0 m unter SO
neten Böden oder eine Erhöhung der Widerstandsfähigkeit, son-
dern es wurden die für den Erdbau grundsätzlich verwendbaren
Bodenmaterialien auf definierte Eigenschaften eingestellt. Bild 7.1
zeigt die Konstruktion der Dammbauwerke im Los B.
Bild 7.1: Konstruktion der Dammbauwerke im Bauabschnitt Mit-te, Los B der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main, nach DÜRRWANG ET AL [5]
Das von DÜRRWANG ET AL [5] vorgestellte Konzept zielte darauf
ab, die Eigensetzungen der Dammbauwerke quasi zu Null zu re-
duzieren. Die Stabilisierung sollte im Weiteren eine Erhöhung der
zyklisch-dynamischen Stabilität bewirken. Hinzu kamen weitere
Vorteile, die sich aus der Homogenisierung der Schüttgüter durch
den Fräsvorgang und der Immobilisierung der Tonmineralien, die
der Erhöhung der Langzeitstabilität der Erdbauwerke dienen, er-
gaben
Das V
kung
Brück
.
erfahren der Bodenstabilisierung zeigte seine größte Wir-
bei der Steuerung der Steifigkeit im Übergangsbereich auf
enbauwerke. Hier wurde die Bindemittelzugabe so gestaffelt,
Erdbautechnik am Beispiel der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main 108
Dammschüttung ca. 4 Gew.-% Bindemittel
na ≤ 12% für alle stabilisierten Böden 0,97
Bauwerkshinterfüllung nach AKFF
Bauwerkshinterfüllung Los B
dass die Steifigkeit in Richtung des Ingenieurbauwerks zunimmt
(vgl. Bild 7.2).
Bild 7.2: Konstruktion der Bauwerkshinterfüllung im Bauab-schnitt Mitte, Los B der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main, nach DÜRRWANG ET AL [5]
Im Weiteren wurden in Einschnittsbereichen „hochkohäsive Trag-
platten“ (DÜRRWANG ET AL [5]) hergestellt. Hierzu wurden ein
1,00 0,98
1,00 GW, GI, GE, SW, SI, k ≥ 10-5 m/s
GW, GI, GE, SW, SI Zementver- festigter Bereich, 2,5-3,0 Gew.-%
Dammschüttung
Dammschüttung, ca. 6,0 Gew.-% Bindemittel
1,00 GW, GI, GE, SW, SI, k ≥ 10-5 m/s
Dammschüttung, ca. 2-4 Gew.-% Bindemittel
bis zwei Fräslagen des gewachsenen, bindigen Bodens mit etwa
5 – 6 Gew.-% Bindemittel stabilisiert (vgl. Bild 7.3). Zusätzlich
wurde unterhalb der Tragplatte mindestens eine steife Konsistenz
der fein- und gemischtkörnigen, gewachsenen Böden sicherge-
stellt. Da die verfestigte Schicht auch in Dammbauwerken vorge-
sehen war (vgl. Bild 7.1), wurde eine durchgehend homogene Auf-
lagerung für die Feste Fahrbahn geschaffen. Diese Konstruktion
Erdbautechnik am Beispiel der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main 109
1,00
0,97
Dpr [-]
GW, GI, GE, SW, SI, k ≥ 10-5 m/s
na ≤ 0,12
Konstruktion nach AKFF Konstruktion im Los B
≥ 3,0 m unter SO
2,0 m Tragplatte, ca. 5-6 Gew.-% Bindemittel
0,97 na ≤ 0,12
erhöht die Qualität des Unterbaus insbesondere in Übergangsbe-
reichen von Einschnitten auf Dammbauwerke, die erfahrungsge-
mäß kritische Bereiche darstellt.
Bild 7.3: Konstruktion der Einschnitte im Bauabschnitt Mitte,
Los B der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main, nach DÜRRWANG ET AL [5]
7.3 Erdbautechnik im Los C des Bauabschnittes Mitte der Neu-baustrecke Köln-Rhein/Main
Die Erdbautechnik im Los C der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main
hatte als Kerngedanken, gemischtkörnige Tunnelausbruchmassen
durch Brechen oder Zerkleinern beim Einbau als Dammschütt-
massen zu verwenden, wobei diese auch in der zyklisch-
dynamischen Sicherungsschicht eingesetzt wurde. Dieser Ton-
Gemischt und feinkörnige Böden mit IC ≥ 0,5, (außer TA, UA, TM)
Gemischt und feinkörnige Böden mit IC ≥ 0,75, (außer TA, UA, TM)
und S
schluf
[1] bis
den d
bei in
andstein entspricht im eingebauten Zustand einem stark
figen Kies nach DIN 18 196 und ist damit nach dem AKFF
3,0 m unter Schienenoberkante nicht zulässig. Daher wur-
ie oberen beiden Einbaulagen mit Bindemittel verfestigt, wo-
der oberen Lage etwa 5 % und in der unteren Lage etwa
Erdbautechnik am Beispiel der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main 110
Dpr [-]
GU, GT, SU, ST 1,00
1,00 GW, GI, GE, SW, SI, k ≥ 10-5 m/s
0,98 GW, GI, GE, SW, SI, SE
Konstruktion nach AKFF Konstruktion im Los C
≥ 3,0 m unter SO
1,00 GW, GI, GE, SW, SI, k ≥ 10-5 m/s
GU na ≤ 12% 0,97
GU na ≤ 12% 0,97
GU na ≤ 12% 0,97
5 Gew.-% Bindemittel
2 Gew.-% Bindemittel
ohne Bindemittel
0,30 m
0,37 m
1 ,00 m
3 % eines Bindemittelgemisches aus Zement und Kalk einge-
mischt wurden (vgl. Bild 7.4).
Bild 7.4: Konstruktion der Erdbauwerke im Bauabschnitt Mitte,
Los C der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main (nach ICG [13])
GU, GT, SU, ST GU, GT, SU, ST, UL, UH, TL na ≤ 12%
1,00
0,97
GU na ≤ 12% 0,97
GU na ≤ 12% 0,97
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 111
8. NACHWEIS DER RICHTIGKEIT DES KONZEPTES
8.1 Allgemeines
Zur dauerhaften Erfüllung der Anforderungen an die Erdbauwerke
einer Hochgeschwindigkeitsstrecke mit Fester Fahrbahn hat sich
bei der Realisierung der im vorigen Abschnitt vorgestellten Neu-
baustrecke Köln-Rhein/Main eine bestimmte Vorgehensweise be-
währt. Auch wenn die gesammelten Erfahrungen aus der spezifi-
schen Projektsituation resultieren, so besitzen sie dennoch allge-
meinen Charakter. Das Konzept beruht auf diesen in der Praxis
gemachten Erfahrungen, woraus sich die Richtigkeit des Konzep-
tes ableiten lässt.
Alle dem Konzept zugrunde liegenden Erfahrungen werden ent-
sprechend der systematischen Abfolge der Arbeit betrachtet und
mit Beispielen belegt.
8.2 Planung der Erdbautechnik
8.2.1 Das Baugrundmodell
Das Konzept basiert auf der Erkenntnis, dass durch eine exakte
Modellierung des Baugrundes sichere und wirtschaftliche Grün-
dungsmaßnahmen geplant werden können und das wirtschaftliche
Potenzial der beim Erd- und Tunnelbau anfallenden Baustoffe ge-
nutzt werden kann.
8.2.1.1 Wirtschaftliche Gründungsmaßnahmen
Die zutreffende Beschreibung des Baugrundes ist Grundlage einer
wirtschaftlichen Gründung der Erdbauwerke. Bei Vertragsab-
schluss der Lose A, B und C der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 112
wurde zwischen der Deutschen Bahn AG und den Auftragneh-
mern ein bauseits angefertigtes Baugrundgutachten als Vertrags-
bestandteil vereinbart. Die in diesem Gutachten enthaltenen
Kennwerte waren zur Berücksichtigung lokaler Schwankungen mit
Bandbreiten versehen. Legt man der Setzungsberechnung die un-
günstigen Werte zu Grunde, so zeigt sich die in Bild 8.1 dargestell-
te beispielhafte Zeitsetzungslinie. Die berechneten Gesamtset-
zungen von 15,5 cm werden nie erreicht, vielmehr beträgt die vor-
aussichtliche Gesamtsetzung 4,0 cm. Die Folgen dieser Vorge-
hensweise wirkten sich insbesondere in der Streckenachse aus.
Bild 8.2 zeigt in diesem Zusammenhang die rechnerische und die
tatsächliche Verformungsmulde. Es wird ersichtlich, dass im be-
trachteten Fall die Festlegung von Gründungsmaßnahmen auf un-
realistischen Kennwerten und einer ab 20,0 m Tiefe unzutreffend
vereinfachten Modellierung beruht. Die tatsächlichen Verformun-
gen wichen von den berechneten Werten nicht nur in den absolu-
ten Verformungswerten ab, der qualitative Verlauf der Setzungs-
mulde wurde ebenfalls unzutreffend prognostiziert.
Dass ein solches Baugrundmodell keine Grundlage einer wirt-
schaftlichen Gründung darstellt und hieraus vermeidbare Kosten
entstehen können, bedarf keiner weiteren Erläuterung.
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 113
Bild 8.1 Zeitsetke Köln
zungslinie eines Dammquerschnittes der Neubaustrek--Rhein/Main
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 114
0 m
100
m
200
m
300
m
11,0
23,0
15,5
28,0
360
m
4,0 4,0 < 1,0 < 1,0
Schienenoberkante
Dammbauwerk 11,0 m Rahmenbauwerk
Geländeoberkante
vgl. Zeitsetzungslinie
nach Bild 8.1 Setzungen [cm]
13,0
560
m
max. 32 cm
5,0
15,0
30,0
-10,0 m
-20,0 m
500
m
< 1,0
-30,0 m
Bauwerksgründung
MODELLPARAMETER Bauwerksgründung Es = 50 MN/m² Schicht 1 Es = 8 MN/m² Schicht 2 Es = 25 MN/m² Schicht 3 Es = 50 MN/m² Schicht 4 Es = 30 MN/m² Schicht 5 Es = 53 MN/m²
Schicht 1
Schicht 2
Schicht 3 Schicht 3
Schicht 4
Schicht 5
B
ild 8.2 Verformungsmulde eines Dammbauwerkes der Neu-baustrecke Köln-Rhein/Main
Rechnerische Verformungsmulde
Gemessene Verformungsmulde
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 115
8.2.1.2 Nutzung des wirtschaftlichen Potenzials der beim Erd- und Tunnelbau anfallenden Bodenmassen
Durch eine kalkulatorische Kostenbetrachtung kann aufgezeigt
werden, wie durch die Nutzung der beim Erd- und Tunnelbau ge-
wonnenen Baustoffe die Herstellkosten der Erdbauwerke gesenkt
werden können. Als Beispiel wird die im Los C der Neubaustrecke
Köln-Rhein/Main realisierte Erdbautechnik nach Abschnitt 7 he-
rangezogen. In der nachfolgenden Aufstellung ist die kalkulatori-
sche Einsparung der Erdbautechnik des Loses C gegenüber der
Bauweise nach dem AKFF [1] dargestellt.
Aushubmassen 4,1 Mio. m³ Tunnelausbruchmassen 1,6 Mio. m³ Anfallende Gesamtmassen 5,7 Mio. m³ Einbau in Dammbauwerke 2,0 Mio. m³ Einbau in Deponien 3,7 Mio. m³ 5,7 Mio. m³ Einbau in Zone 3 der Dammbauwerke 0,7 Mio. m³ Einbau in Zone 2 der Dammbauwerke 1,3 Mio. m³ 2,0 Mio. m³ Kalkulatorische Kosten für Bodenaustausch 12,3 Mio. € Kalkulatorische Kosten für Bodenverbesserung 3,0 Mio. € Kalkulatorische Einsparung 9,3 Mio. €
Erläuterungen:
• Die Aushub- und Tunnelausbruchmassen sowie die Einbau-
massen in Dammbauwerke und Deponien wurden von KRUD-
EWIG [18] veröffentlicht.
• Ausgehend von einer durchschnittlichen Dammhöhe von 5 m
und einer Mächtigkeit der zyklisch-dynamischen Sicherungs-
schicht von 1,67 m liegen 33 % der Dammmassen (entspre-
chend 0,7 Mio. m³) im zyklisch-dynamisch relevanten Bereich
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 116
(Zone 3), so dass hier nur Böden mit einem Feinkornanteil von
maximal 15 % zulässig sind (vgl. hierzu AKFF [1], Bild 2.6).
• Bei der Realisierung des Loses C der Neubaustrecke Köln-
Rhein/Main fielen fast ausschließlich gemischt- und feinkörni-
ge Böden an, deren Feinkornanteil oberhalb von 15 % lag. Bei
der Umsetzung der Vorgaben des AKFF [1] (vgl. Bild 2.6)
müssen die notwendigen Einbaumassen in der Zone 3 durch
Fremdmassenzukauf beschafft werden. Die Kosten für die Lie-
ferung der nichtbindigen Böden betragen frei Bau etwa
15 €/m³. Hieraus ermitteln sich die kalkulatorischen Kosten für
die Massenbeschaffung zu:
→ 0,7 Mio. m³ x 15 €/m³ = 10,5 Mio. €
Darüber hinaus muss beim Kostenvergleich berücksichtigt
werden, dass die zusätzlichen Massen eingebaut werden
müssen. Hierfür ermitteln sich die Kosten kalkulatorisch zu:
→ 0,7 Mio. m³ x 2,5 €/m³ = 1,8 Mio. €
• Nach Bild 7.4 wurden bei der Erdbautechnik des Loses C zwei
Lagen der zyklisch-dynamischen Sicherungsschicht (entspre-
chend 0,67 m) mit Bindemittel verbessert. Dies entspricht
40 % der Massen der Zone 3 bzw. 0,3 Mio. m³. Die Kosten für
die Verbesserung betragen etwa 10 €/m³. Bezogen auf die zu
verbessernden Massen ergibt sich folgende Kalkulation:
→ 0,3 Mio. m³ x 10 €/m³ = 3,0 Mio. €
Im vorliegenden Fall des Loses C der Neubaustrecke Köln-
Rhein/Main konnte durch die Nutzung der anfallenden Erdbaustof-
fe das Ergebnis kalkulatorisch um etwa 9,3 Mio. € erhöht werden.
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 117
8.2.2 Erdbautechnische Fachplanung auf Grundlage der anerkann-ten Regeln der Technik
Nach dem hier vorgestellten Konzept erfolgt die Fachplanung auf
der Grundlage der anerkannten Regeln der Technik. Infolge der
Gefahr des Systemversagens durch Fehleinschätzung der Rest-
verformungen ist im vorliegenden Konzept die Durchführung von
Setzungsmessungen vorgesehen.
Im Zuge der Projektrealisierung der Neubaustrecke Köln-
Rhein/Main wurde diese Vorgehensweise konsequent umgesetzt.
In diesem Zusammenhang wird auf die jeweiligen Fachplanungen
und Messprogramme der ausführenden Arbeitsgemeinschaften
verwiesen. DÖRR ET AL [3] gehen in einer Veröffentlichung aus-
führlich auf die Bedeutung und die Umsetzung der Setzungsmes-
sungen im Los B der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main ein. Im
AKFF [1] ist die Durchführung der Setzungsmessungen sogar vor-
geschrieben. Hier heißt es: „Die FF darf erst eingebaut werden,
wenn aus den Setzungsmessungen nachgewiesen ist, dass die
noch zu erwartenden Restsetzungen planerische Werte nicht
überschreiten.“ Die Durchführung der Setzungsmessungen hat
sich bei der Realisierung der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main so-
mit nicht nur bewährt, sie hat auch den Status der anerkannten
Regeln der Technik.
8.2.3 Konstruktion zyklisch-dynamisch stabiler Erdbauwerke
8.2.3.1 Sicherstellung der zyklisch-dynamischen Stabilität
Zur Sicherstellung der zyklisch-dynamischen Stabilität ist nach
dem hier vorgestellten Konzept bei der Konstruktion der Erdbau-
werke auf eine kontinuierliche Abnahme der Steifigkeiten zu ach-
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 118
ten. Dies bedeutet die Schaffung eines gleichförmigen Schichten-
aufbaus mit abnehmender dynamischer Steifigkeit über die Tiefe
zur Vermeidung von Reflexionen.
ARCADIS [2] hat durch Versuche mit dem System DYSTAFIT© die
Richtigkeit dieses Ansatzes belegt. Untersuchungen in Über-
gangsbereichen auf Ingenieurbauwerke haben gezeigt, dass dort
wo die Frostschutzschicht auf einer Schicht mit einer etwa hun-
dertfach höheren Steifigkeit aufgebaut wurde, im Vergleich zur
konventionellen Bauweise nach dem AKFF [1] eine mehr als dop-
pelt so hohe und darüber hinaus unzulässige plastische Verfor-
mung auftrat. Bild 8.3 zeigt die unterschiedlichen Konstruktionen.
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 119
DYSTAFIT©
Bild 8.3 Verformungmessungen bei zyklisch-dynamischer
Beanspruchung, System DYSTAFIT©
8.2.3.2 Nachweis der zyklisch-dynamischen Stabilität
D
d
N
e
u
Untergrund
Estat,FSS = 60 - 120 N/mm2
Estat,HFS = 60 – 120 N/mm2
0,40 m
≈ 6,0 m
Setzung der Platte: 4 mm
Erdbautechnik nach AKFF [1]
Estat,FSS = 60 - 120 N/mm2
EVerfestigung = 5.000 –10.000 N/mm2
EBeton = 34.000 N/mm2
Setzung der Platte: 10 mm
0,40 m
≈ 1,0 m
0,80 m
Erdbautechnik auf einem Rahmenbauwerk
er im Konzept enthaltene Ansatz, dass bei Abweichungen von
en Konstruktionsregeln des AKFF [1] (vgl. Bild 2.7 bis 2.9) der
achweis der zyklisch-dynamischen Stabilität durch Versuche zu
rfolgen hat, wurde im Los B der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main
mgesetzt.
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 120
Im Kapitel 7 dieser Arbeit wurde die Erdbautechnik des Loses B
der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main vorgestellt. Der Nachweis,
dass die „Tragplatte“ nach Bild 7.3 bei zyklisch-dynamischer Ein-
wirkung stabil bleibt, erfolgte durch das System DYSTAFIT©. In
der Veröffentlichung von DÜRRWANG ET AL [5] wird auf diesen
Nachweis eingehend eingegangen. Bild 8.4 zeigt die Ergebnisse.
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 121
Bild 8.4 Nachweis der zyklisch-dynamischen Stabilität durch das Sy-stem DYSTAFIT©
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 122
8.3 Maßnahmen bei der Projektumsetzung
8.3.1 Erstellen von Arbeitsanweisungen
Im Konzept ist für die Qualitätssicherung die Entwicklung von Ar-
beitsanweisungen vorgesehen, damit die Erdbautechnik gesichert
umgesetzt werden kann. Die Einführung von Arbeitsanweisungen
zur Sicherstellung der Qualität ist nicht neu. Die für das Qualitäts-
management verbindliche EN ISO 9001:2000 fordert genau diese
Vorgehensweise. Da die Norm hinlänglich bekannt ist, wird an
dieser Stelle hierauf nicht weiter eingegangen.
Ein Beispiel von der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main zeigt ver-
schiedene Arbeitsanweisungen zur Gründung eines Dammbau-
werkes.
Arbeitsanweisung zur Prüfung des Baugrundmodells:
Fachgutachterliche Abnahme des Planums der UK Bodenaus-
tausch, flächendeckende Prüfung der Sohle des tiefsten Aushub-
niveaus mit Hilfe der FDVK (Schwachstellenanalyse), Überprüfung
der Konsistenz der anstehenden Böden im Bereich vermuteter
Schwachstellen, Nachweis IC ≥ 0,5. Im Bereich erweiterter Boden-
austausch Nachweis DPR ≥ 1,0 bei nichtbindigen Böden,
DPR ≥ 0,98 bei gemischtkörnigen Böden, DPR ≥ 0,97 bei bindigen
Böden.
Arbeitsanweisung zur Prüfung der Erdbaustoffe und -gemische:
Prüfung der Eignung des Bodenaustauschmaterials bezüglich des
Kornaufbaus.
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 123
Arbeitsanweisung zur Herstellung der Zone 1:
Austausch der quartären Lockergesteinsschichten bis ≤ 3 m unter
SO bzw. OK dicht gelagerter Kies.
Einbau von kornabgestuftem, volumenbeständigen Felsschutt,
Körnung: GW, GE, GI, GU, GU*, GT, GT*.
Lagenweiser Einbau und Verdichtung des Felsschuttes mit dyna-
mischem Verdichtungsgerät.
Arbeitsanweisung zur Prüfung der Produkte:
Nachweis des Verdichtungsgrades DPR ≥ 1,0 innerhalb der Zone 1
sowie eines Verformungsmodules von EV2 ≥ 60 MN/m². Nachweis
eines Verhältniswertes EV2/ EV1 ≤ 2,3 sofern durch die Kalibrierung
nicht die Zulässigkeit eines höheren Verhältniswertes nachgewie-
sen wird.
Prüfung der eingebauten Lagen der Bodenaustauschschicht mit
Hilfe der FDVK, zusätzliche Durchführung von Einzelversuchen
zum Nachweis des Verdichtungsgrades und des Verformungsmo-
dules.
Mindestaufwand der zus. Untersuchungen je Einbaulage:
1 Dichteprüfung pro 1.500 m², Mindestgesamtaufwand 2 Stück pro
Lage
Dieses Beispiel zeigt, wie technisch aufwendige Prozesse in ein-
facher und klarer Form beschrieben werden können. Durch die
Anwendung dieser Arbeitsanweisungen wird eine fehlerhafte
Gründung des Dammbauwerkes vermieden.
Arbeitsanweisungen können auch in Form von Flussdiagrammen
erstellt werden. Bild 8.5 zeigt hierzu den Ablauf eines Produkti-
onsprozesses „Bodenverbesserung“.
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 124
Boden im Einschnitt lösen, antransportieren, Lagendicke entsprechend Arbeitsleistung Bodenfräse z.B. rd. 25 cm bei Verwendung Bodenfräse BOMAG MPH 100, deutlich nassen Boden separieren
und ggf. zum Trocknen ausbreiten
Kontrolle des Wassergehaltes
Bestimmung Wassergehaltdurch Laborversuch
Abschätzung Wassergehalt sensitiv
Wassergehalt in Ordnung?
Boden zu trocken Boden zu nass
Aufbringen der erforderlichen
Wassermenge mitWasserwagen
Boden mit Bodenfräse durchmischen und homogenisieren
Wassergehalt < 14%-15% einzelne Bodenklumpen lassen sich nicht zu einem größeren Klumpen kneten ohne dabei zu zerfallen Wassergehalt > 14%-15% einzelne Bodenklumpen lassen sich zu einem größeren Klumpen kneten ohne dabei zu zerfallen
Einbau Boden-Bindemittelgemisch bei wopt optimaler Wassergehalt rd. 14%-15% Abnahme Wassergehalt durch Zugabe von Dorosol C30: bei 6 Gew.% rd. 1% bei 4 Gew.% rd. 0,5%
Erforderliche Bindemittelmenge aufstreuen; Kontrolle je Einbaulage
und Bindemittelzugabe (4 bzw. 6 Gew.%)
1 x mit Auslegeblech
ja nein
Bestimmung der Bindemittelzugabe bezogen auf die Trockendichte des unverbesserten Bodens: Trockendichte 1,87 t/m³ Lagendicke 0,25 m Bindemittelzugabe rd. 26,5 kg/m² bei 6 Gew.% rd. 18,0 kg/m² bei 4 Gew.%
Boden mit Bodenfräse in min. 2 Überfahrten durch-
mischen und homogenisieren
Entnahme von Bodenproben des Boden-Bindemittelgemisches zur Bestimmung der Bezugsdichten je Einbaulage und Bindemittelzugabe mittels Proctorversuch
Boden-Bindemittelgemisch zusammenschieben,aufnehmen und zum Einbauort
transportieren und gleichmäßig verteilen Schichtdicke rd. 35 bis 40 cm
Verdichtung dynamisch mit Walze mit mindestens 3 bis 4 Übergängen (Übergänge 1 und 2 mit großer Amplitude, Übergänge 3 bis 4 mit kleiner Amplitude
Lagendicke max. 0,3 m im verdichteten Zustand
Verdichtungskontrolle DPR ≥ 0,97 DPR ≥ 1,0 oberste Lage der UT na ≤ 0,12 Vor Verdichtungskontrolle mit Densitometer, Sand- oder Bentonit- ersatzverfahren min. obere 2 cm der zu prüfenden Lage entfernen
Bild 8.
ggerneu
oder La
5: Arbeibaust
Verdichtung ausreichend?
ja nein
f. Nachverdichtung und te Verdichtungskontrolle ge ausbauen und ersetzen
Herstellung der nächsten Lage
tsanweisung „Bodenverbesserung“, Beispiel der Neu-recke Köln-Rhein/Main
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 125
8.3.2 Erstellen von erdbautechnischen Längs- und Querschnitten
Im Konzept ist die Einführung von erdbautechnischen Längs- und
Querschnitte, die alle Arbeitsanweisungen beinhalten, vorgese-
hen. Die Forderung, dass alle Angaben, welche die Merkmale ei-
nes Produkts beschreiben, verfügbar sein müssen, ist Bestandteil
der Anforderungen an ein Qualitätsmanagementsystem nach der
EN ISO 9001:2000. Auch an dieser Stelle wird hierauf nicht weiter
eingegangen.
Die im Los C der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main erstmalig ent-
wickelten erdbautechnischen Längs- und Querschnitte entspre-
chen den im Konzpet vorgestellten Darstellungen (vgl. Bild 3.3 bis
3.7). Für die rund 35 km Erdbau wurden so etwa 25 erdbautechni-
sche Längsschnitte, 100 erdbautechnische Querschnitte für
Dämme und Einschnitte und 30 erdbautechnische Längsschnitte
für Übergangsbereiche auf Ingenieurbauwerke erarbeitet.
Bild 8.6 zeigt beispielhaft einen erdbautechnischen Längsschnitt
des Loses C der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main. Für das als
Einschnitt 1 bezeichnete Erdbauwerk weist der Längsschnitt drei
Homogenbereiche aus. In Bild 8.7 ist für den Homogenbereich 2
des Bauwerkes der zugehörige erdbautechnische Querschnitt
dargestellt. Die im vorigen Abschnitt gezeigten beispielhaften Ar-
beitsanweisungen finden sich in Bild 8.7 wieder.
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 126
Bild 8.6: Erdbaute
Köln-Rh
chnischer Längsschnitt, Beispiel der Neubaustreckeein/Main
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 127
Bild 8.7: Erdbaut
Köln-Rh
echnischer Querschnitt, Beispiel der Neubaustrecke ein/MainNachweis der Richtigkeit des Konzeptes 128
8.3.3 Zeitliche Bauablaufplanung
Im Konzept ist vorgesehen, dass im Zuge der zeitlichen Bauab-
laufplanung das Zeitsetzungsverhalten der Erdbauwerke bereits
vor der Bauausführung zu prüfen ist. Dieser Grundsatz besaß bei
den ausführenden Firmen der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main
oberste Priorität. Dies lässt sich an den wirtschaftlichen Folgen ei-
nes Systemversagens festmachen. Hierbei stand die Frage im
Vordergrund, ob infolge nicht ausreichender Konsolidierungszeit-
räume sich der frühest mögliche Einbauzeitpunkt der Festen
Fahrbahn zeitlich verschiebt. Die Folge ist dann möglicherweise
ein Überschreiten des Fertigstellungstermins. In einem Werkver-
trag war als Pönale 0,3 % der Auftragssumme pro Werktag, ent-
sprechend etwa 200.000 € festgeschrieben. Als maximale Ver-
tragsstrafe wurde 10 % der Auftragssumme, entsprechend 65 Mio.
€ vereinbart. Hiervon ist nach gängiger Rechtsprechung weiterge-
hender Schaden, beispielsweise durch Betriebsausfall, unbe-
nommen.
Zur Vermeidung dieser Auswirkungen erfolgte eine rechnerische
Abschätzung der Restverformungen schon in der Phase der
Fachplanung. Grundlage für die Festlegung der Konsolidierungs-
zeiträume war die Bauzeitenplanung. Kritische Bereiche zeigten
sich schon vor Bauausführung, so dass der Bauablauf entspre-
chend koordiniert wurde. In diesem Zusammenhang wird auf die
Fachplanung der jeweiligen Arbeitsgemeinschaften verwiesen.
8.3.4 Räumliche Bauablaufplanung
Das Konzept sieht vor, dass die Bauablaufplanung neben den
zeitlichen auch räumliche Aspekte berücksichtigen muss, damit zu
jedem Zeitpunkt die Massen in der erforderlichen Quantität und
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 129
Qualität zur Verfügung stehen. Hierbei ist das Kostenverhältnis
der Tranportwege, der Bodenverbesserung und des Fremdmas-
senzukaufs zu beachten.
Dieser Ansatz basiert auf Erfahrungen bei der Projektrealisierung
der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main im Los C. Bild 8.8 zeigt ein
vergleichbares fiktives Beispiel einer räumlichen Bauablaufpla-
nung. Die aus der Massenermittlung bestimmten festen Massen
des Aushubs und des Tunnelausbruchs wurden den jeweiligen
Einbauorten zugewiesen, so dass die erforderlichen Mengen si-
chergestellt wurden. Die in Bild 3.11 dargestellte Trennung nach
erdbautechnischen Bodengruppen und Zonen erfolgte hier nicht,
da die anfallenden Baustoffe keine Frostschutzqualität aufwiesen
und hinsichtlich der Massenverteilung keine Trennung zwischen
der Zone 2 und 3 vorgenommen werden musste (vgl. Bild 7.4).
Daher beschränkte sich die Massenverteilungsplanung auf die
Massenströme EBG 2,3 zur Zone 1,2,3 einerseits und EBG 4 zu
Ablagerungen außerhalb der Erdbauwerke der Neubaustrecke
andererseits. Die zugehörigen Pläne wiesen eine Länge von etwa
10 m auf.
Die Überprüfung der Wirtschaftlichkeit durch Ermittlung der in Bild
3.12 dargestellten Kostenverhältnisse erfolgte durch den Faktor
T/B. Der Fremdmassenzukauf schied aufgrund der enormen
Transportwege grundsätzlich aus.
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 130
Bild 8.8 Fiktives Beispiel einer räumlichen Bauablaufplanung
der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main
Die räumliche Bauablaufplanung berücksichtigte die Zusammen-
hänge mit der zeitlichen Bauablaufplanung nur unzureichend. Eine
in der Praxis aufgetretene Folge lässt sich an dem fiktiven Beispiel
d
T
A
M
b
v
Trog
bau-
wer
k 15
.000
Ei
nsch
nitt
10.0
00
Eins
chni
tt 8.
000
Dam
m
14.3
00
Dam
m
19.8
00
Erdw
all 1
3.50
0
5.000 αL=10%
7.000 αL=10%
3.000 αL=10%
8.000 αL=0%
10.000 αL=0%
18.000 αL=10%
13.000 αL=10%
Erdw
all 1
7.70
0
Stre
cken
band
αL= Auflockerungsprozentsatz
es Bildes 8.8 aufzeigen. Die 15.000 m³ Aushubmassen des
rogbauwerkes sollen hier in ihrer Qualität den Anforderungen des
KFF [1] für Dammbauwerke entsprechen (vgl. Bild 2.7). Diese
assen werden enstprechend der Planung in die Erdwälle einge-
aut. Steht bei der Schüttung der Dammbauwerke (31.000 m³) die
orgesehene Massenquelle nicht mehr voll zur Verfügung, so
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 131
müssen möglicherweise die in den Erdwällen profilgerecht einge-
bauten Massen des Trogbauwerks erneut aufgenommen und in
die Dämme eingebaut werden. Die Erdwälle selber sind dann mit
anderen Massen herzustellen. Der zusätzliche Aufwand besteht
bei diesem Beispiel im erneuten Lösen, Laden, Transportieren und
Einbauen von 12.000 m³ Boden. Die Herstellkosten würden sich
kalkulatorisch um etwa 12.000 x 5 € = 60.000 € erhöhen.
8.3.5 Verformungskontrolle des Fahrweges
8.3.5.1 Definition von Schwellenwertlinien
Der Ansatz, dass durch die Definition von Schwellenwertlinien die
zeitliche Entwicklung der Verformungen mit den Verformungspro-
gnosen permanent abgeglichen werden kann, um so Problembe-
reiche frühzeitig erkennen zu können, hat den gleichen Hinter-
grund wie der Ansatz der zeitlichen Bauablaufplanung (vgl. Ab-
schnitt 8.3.3). Zur Vermeidung eines Systemversagens ist nicht
nur die rechnerische Prüfung der Konsolidierung notwendig. Der
ständige Abgleich des prognostizierten mit dem tatsächlichen
Konsolidierungsverhalten ist die logische Folgemaßnahme.
Da auf die Notwendigkeit der zeitlichen Bauablaufplanung aus-
führlich eingegangen wurde, braucht aufgrund des gleichen Hin-
tergrundes der Ansatz zur Definition von Schwellenwertlinien nicht
weiter erläutert zu werden. Bei der Realisierung der Neubaustrek-
ke Köln-Rhein/Main wurden Schwellenwertlinien nicht eingeführt.
Dass aber die rechnerisch zugrunde gelegten Konsolidierungszeit-
räume ausreichend waren, hat seine Ursache in einer etwa 1-
jährigen Bauzeitverlängerung und den günstigeren Baugrundver-
hältnissen (vgl. Abschnitt 8.2.1.1). Unter Beachtung des im Kon-
zept enthaltenen Ansatzes, dass durch zutreffende
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 132
Baugrundmodelle die Gründungsmaßnahmen optimiert werden
können, ist die Vernachlässigung der Schwellenwertlinien auf-
grund der Unwägbarkeiten des Baugrundes, der Streuungen in
den bodenmechanischen Kennwerten und der erforderlichen An-
nahmen in den Berechnungsmodellen unvertretbar.
8.3.5.2 Ermittlung der Last- und Verformungsdiagramme
Durch die Ermittlung der Last- und Verformungsdiagramme (vgl.
Bild 3.18) und der daraus abgeleiteten Prognose der Restverfor-
mungen wird nachgewiesen, dass die Anforderungen an den Un-
terbau der freien Strecke erfüllt werden. Dies komplettiert die An-
sätze der zeitlichen Bauablaufplanung (Abschnitt 8.3.3) und der
Definition von Schwellenwertlinien (Abschnitt 8.3.5.1). Bild 8.9
verdeutlicht diesen Zusammenhang.
Zeitachse
Maßnahme Lokalisierung poten-zieller Schwachpunkte im Vorfeld der Bau-ausführung
Maßnahme Abgleich der Prognose-werte mit den tatsächli-chen Verformungen
Arbeitsvorbereitung Erdbau
Maßnahme Ermittlung der Rest-verformungen und Freigabe zum Einbau der FF
Liegezeit bis Einbau FF
Konzept
Bild 8.9 Konzeptansätze zur Vermeidung des System-versagens
Konzept Zeitliche Bauablauf-planung
Konzept Definition von Schwel-lenwertlinien
Ermittlung der Last-Verformungsdia-gramme
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 133
Die Ermittlung der Last- und Verformungsdiagramme vervollstän-
digt die Maßnahmen zur Sicherstellung der Funktionstüchtigkeit
der Erdbautechnik. Auf die Notwendigkeit der Vermeidung des
Versagens der Konstruktion wurde bereits eingegangen. In die-
sem Zusammenhang wird auch auf die Erfolgshaftung nach § 631
Absatz 2 des Bürgerlichen Gesetzbuches verwiesen. Entspre-
chend dieser gesetzlichen Regelung schuldet der Bauausführende
den Erfolg seiner Werkleistung. Das Erstellen der Last- und Ver-
formungsdiagramme und die Ermittlung der Restverformungen
stellt den Nachweis der erfolgreichen Bauleistung des Ausführen-
den dar. Insoweit sichert sich der Unternehmer die Erfüllung sei-
ner vertraglichen Verpflichtung ab.
Die Umsetzung erfolgte in allen Losen der Neubaustrecke Köln-
Rhein/Main. Bild 8.10 zeigt beispielhaft wie im Los C der Neu-
baustrecke Köln-Rhein/Main auf Grundlage der Setzungsmessun-
gen eine Prognose der Restsetzungen erfolgte. Im hier betrachte-
ten Fall betrug die Setzung zum avisierten Zeitpunkt des Einbaus
der Festen Fahrbahn 4,0 cm (vgl. Bild 8.1). Die Prognose der
Restsetzungen bis zum Ende der Lebensdauer der Festen Fahr-
bahn (60 Jahre) erfolgte nach dem in SCHULTZE UND HORN
[28] enthaltenen Ansatz. In dem Querschnitt bei km 122,060 ermit-
telt sich die Restsetzung zu 0 cm, so dass zunächst von einen na-
hezu verformungsfreien Fahrweg ausgegangen werden kann. Der
Bestimmtheitsgrad von R² = 0,8388 schränkt das Vertrauen in die-
se Aussage allerdings ein. Dennoch kann nach ingenieurtechni-
scher Auswertung der Zeitsetzungslinie nach Bild 8.1 und der
Prognose der Restverformungen nach Bild 8.10 festgehalten wer-
den, dass hier keine fahrdynamisch bedenklichen Reaktionen zu
erwarten sind. Voraussichtlich ist eine Nachstellung des Gleises
nicht notwendig.
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 134
Bild 8.10: PrognoRhein/
se der Restverformung, Beispiel der Neubaustrecke Köln-Main
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 135
DÖRR ET AL [3] zeigen in ihrer Veröffentlichung die Umsetzung
im Los B. Hierbei wurden auf Grundlage der Verformungsmes-
sungen mittels einer Spline-Funktion dritten Grades nach jeder
Messung die Restverformungen prognostiziert. Die in einer Da-
tenbank abgelegten Prognosewerte wurden für die Darstellung der
Längsentwicklung der Setzungsprognosen (vgl. Bild 8.11) heran-
gezogen.
Bild 8.11 Darstellung der Restsetzungen nach 60 Jahren in Übersichtsplänen, nach DÖRR ET AL [3]
Nachweis der Richtigkeit des Konzeptes 136
Addiert man die Krümmung mit der trassierten Ausrundung durch
Überlagerung beider Radien, ergibt sich die in Bild 8.12 dargestell-
te Krümmung aus Setzung und Trassierung. Alle Krümmungen mit
Werten kleiner als 36.000 m überschreiten den zulässigen Grenz-
wert nach dem AKFF [1]. Aufgrund topographischer Bedingungen
wurde bei der Neubaustrecke Köln-Rhein/Main entgegen dem Re-
gelwerk des AKFF [1] in bestimmten Teilbereichen ein minimaler
Ausrundungsradius von 22.500 m trassiert. Leider schweigt sich
die Veröffentlichung von DÖRR ET AL [3] über die eingeleiteten
Maßnahmen zum Ausgleich der unzulässigen Krümmungen aus.
Bild 8.12 Änderung der Trassierungsparameter infolge Restset-zung, Beispiel nach DÖRR ET AL [3]
Zusammenfassung und Ausblick 137
9. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
Im Zuge der Planung der Erdbautechnik für Hochgeschwindig-
keitsstrecken mit Fester Fahrbahn können durch eine bodenme-
chanische Betrachtung der Bauaufgabe wirtschaftliche Aspekte
bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Eine bodenmechani-
sche Lösung der Bauaufgabe beruht auf dem Grundsatz, die bei
der Bauausführung anfallenden Erdbaustoffe wieder zu verwerten,
um kostenträchtige Bodenersatzmaßnahmen zu vermeiden. Ge-
nau an diesem Punkt werden durch die maßgebliche Richtlinie der
Deutschen Bahn AG die Möglichkeiten einer wirtschaftlichen Bau-
weise eingeschränkt. Da bei der Konstruktion der Erdkörper nur
bestimmte Bodengruppen nach der DIN 18 196 zulässig sind,
können fein- und gemischtkörnige Böden nur begrenzt wieder
verwendet werden.
Bei der Herstellung einer Neubaustrecke fallen Aushub- und Tun-
nelausbruchmassen an, die nach obigem Grundsatz der Nutzung
der Erdbaustoffe als Schüttgüter einzusetzen sind. Dazu ist eine
möglichst genaue Kenntnis der Baustoffqualität der anfallenden
Erdstoffe notwendig. Diese Grundlagen einer erdbautechnischen
Fachplanung werden durch Baugrunduntersuchungen und ein
daraus entwickeltes Baugrundmodell geschaffen. Daneben liefert
ein möglichst genaues Modell das Fundament einer Verformungs-
berechnung, deren Genauigkeit aufgrund der Anforderungen an
den Unterbau einer Festen Fahrbahn besondere Bedeutung zu-
kommt.
Wesentliches Ziel der erdbautechnischen Fachplanung ist eine si-
chere Konstruktion, die die Verwertung möglichst aller anfallenden
Materialien vorsieht. Die anerkannten Regeln der Technik dienen
Zusammenfassung und Ausblick 138
dem Fachplaner dazu, die Wirksamkeit der Erdbautechnik zu
überprüfen. Alle rechnerischen Nachweise sind mit Ungenauigkei-
ten, die sich aus den zugrunde liegenden Modellen und den
Streuungen der bodenmechanischen Parameter ergeben, behaf-
tet. Diese systematischen Ungenauigkeiten liegen oberhalb der
zulässigen geometrischen Verformungen des Fahrweges, so dass
die Setzungsberechnungen lediglich eine Einschätzung der Wirk-
samkeit der Konstruktion liefern können. Daher ist die Durchfüh-
rung von Setzungsmessungen zwingend.
Hochgeschwindigkeitszüge erzeugen hohe zyklisch-dynamische
Spannungen im Erdbauwerk. Die resultierende Schwinggeschwin-
digkeit ist nach dem derzeitigen Kenntnisstand bei einer Hochge-
schwindigkeitsstrecke mit Fester Fahrbahn etwa vier mal so hoch
wie bei der Bauweise mit Schotteroberbau. Da keine langfristigen
Erkenntnisse von in Betrieb befindlichen Strecken vorliegen, kön-
nen die Folgen dieser Belastungen nur abgeschätzt werden. Alle
bis heute bekannten Modelle und Berechnungsansätze zur Erfas-
sung dieser Spannungen und der daraus resultierenden langfristi-
gen Verformungen sind nicht geeignet, eine gesicherte Abschät-
zung der Wirksamkeit der gewählten Konstruktion vornehmen zu
können. Da gerade im Hinblick auf die möglichen Auswirkungen
einer zyklisch-dynamischen Instabilität eine Vernachlässigung die-
ser Problematik nicht zu verantworten ist, besteht die Möglichkeit
einer Verbindung von Empirie und Versuchstechnik. Sofern also
von den anerkannten Regeln der Technik, die sich insbesondere
in den Normen und Richtlinien wiederspiegeln nicht abgewichen
wird, kann von einer ausreichenden zyklisch-dynamischen Stabili-
tät ausgegangen werden. Da nach der maßgeblichen Norm der
Deutschen Bahn AG in dieser Bodenzone keine bindigen Böden
eingesetzt werden dürfen, können umfangreiche Bodenaus-
Zusammenfassung und Ausblick 139
tauschmaßnahmen und Fremdmassenzulieferungen notwendig
werden. Sollen also aus wirtschaftlichen Gründen bindige Böden
in diesem Bereich eingesetzt werden, kann die Wirksamkeit der
Erdbautechnik durch in-situ Feldversuche oder zyklische Dreiaxi-
alversuche überprüft werden.
Die Qualitätssicherung bei der Herstellung von Erdbauwerken er-
fordert nicht nur die üblichen Maßnahmen, wie sie in der ZTVE-
STB 94 [39] geregelt sind. Bei der Projektumsetzung sind weitere
Schritte notwendig, um einen langfristigen Fahrkomfort bei Hoch-
geschwindigkeit sicher zu stellen und den Systembedingungen der
Festen Fahrbahn zu genügen.
Grundlage eines qualitätsgesicherten Erdbaus ist die Verfügbar-
keit aller für die Bauausführung notwendigen Angaben auf der
Baustelle. Vom Fachplaner sind hierzu aus der erdbautechnischen
Fachplanung für jeden Prozessschritt Arbeitsanweisungen zu ent-
wickeln. Diese Arbeitsanweisungen werden in schematischen
Querschnitten aufgetragen, woraus sich in Längsschnitten Berei-
che mit gleicher Konstruktion ergeben.
Die Herstellung der Erdbauwerke beinhaltet komplexe, aufeinan-
der aufbauende Prozesse, die einer ständigen Qualitätsprüfung zu
unterwerfen sind. Die Einführung einer Prozessstruktur ist für die
Sicherstellung einer qualitativ hochwertigen Bauausführung un-
umgänglich. Dies erfolgt über Verfahrensanweisungen, die die Sy-
stematik der Abwicklung der verschiedenen Arbeitsanweisungen
regeln.
Qualitätssicherung in der Projektrealisierungsphase bedeutet
auch, dass die Baustoffe den der Fachplanung zugrunde gelegten
Zusammenfassung und Ausblick 140
Anforderungen genügen müssen. In Arbeitsanweisungen wird
festgelegt, welche Qualitätskriterien einzuhalten und welche Prü-
fungen durchzuführen sind. Da die anfallenden Bodenmaterialien
nicht zuletzt aufgrund der Länge der Neubaustrecken große Quali-
tätsunterschiede aufweisen, muss durch eine räumliche Bauab-
laufplanung die Logistik der Baustoffe so organisiert werden, dass
die Qualitätsparameter erfüllt werden.
Der gesamte Bauablauf orientiert sich an dem Zeitpunkt des Ein-
baus der Festen Fahrbahn. Ab diesem Zeitpunkt sind aufgrund der
geringen Regulierungsmöglichkeiten des Oberbausystems Feste
Fahrbahn nur noch minimale Verformungen des Unterbaus der
freien Strecke zulässig. Vor Durchführung des Erdbaus ist sicher
zu stellen, dass die Konsolidierungszeiträume bis zum Einbau der
Festen Fahrbahn ausreichen. Hierzu sind die Konsolidierung und
die resultierenden Verformungen des Fahrweges nach Einbau der
Festen Fahrbahn abzuschätzen und hinsichtlich der zulässigen
geometrischen Verformungen abzugleichen.
Der bedeutendste Schritt bei der Qualitätssicherung während der
Projektumsetzung ist die Kontrolle der Verformungen des Fahrwe-
ges während und nach dem Schüttvorgang der Dammbauwerke.
Am Ende dieser Überwachung steht die Freigabe des Unterbaus
der freien Strecke zur Herstellung der Festen Fahrbahn. Hiernach
sind keinerlei Nachbesserungsmöglichkeiten mehr gegeben.
Während des Schüttbetriebes ist durch den Bauausführenden die
Verformungsentwicklung zu beobachten. Da die Gründungsmaß-
nahmen und der gesamte zeitliche Bauablauf aus dem erwarteten
Konsolidierungsverhalten resultieren, ist fortwährend die Überein-
stimmung des prognostizierten mit dem tatsächlichen Zeitset-
Zusammenfassung und Ausblick 141
zungsverhalten zu prüfen. Dazu werden für die jeweiligen Verfor-
mungsmessstellen zeitabhängige Grenzwerte definiert, ab deren
Überschreitung von einer nicht zutreffenden zeitabhängigen Ver-
formungsprognose auszugehen ist. Diese Bereiche sind dann ei-
ner genaueren Betrachtung zu unterwerfen.
Nach Abschluss des Schüttvorganges erfolgt eine Prognose der
sich noch einstellenden, weiteren Verformungen der Erdbauwerke.
Diese Prognose beruht auf den Verformungsmessungen, so dass
sehr verlässliche Prognosewerte ermittelt werden können. Sofern
die erwarteten Verformungen nach Einbau der Festen Fahrbahn
für das Oberbausystem und den Fahrkomfort unbedenklich sind,
erfolgt die Freigabe zum Einbau des Oberbaus. Ein Systemversa-
gen des Unterbaus der freien Strecke kann so ausgeschlossen
werden.
Die vorgenannten Maßnahmen zur Qualitätssicherung lassen sich
in ein Qualitätsmanagementsystem nach der EN ISO 9001:2000
integrieren. Hier werden Anforderungen an den Produktionspro-
zess gestellt, die das vorgestellte Konzept zur Erstellung der Erd-
bauwerke erfüllt. Da alle Bauwerke einer Hochgeschwindigkeits-
strecke mit Fester Fahrbahn einzigartig sind und die Organisati-
onsformen, die die Baumaßnahmen abwickeln, sich ebenfalls bei
jeder Baumaßnahme unterscheiden, muss ein baustellenbezoge-
nes Qualitätsmanagement auf der Grundlage zertifizierter Syste-
me eingeführt werden. Die Verbindung dieses Konzeptes mit ei-
nem spezifischen Qualitätsmanagement ist problemlos möglich.
Die umfangreichen Maßnahmen zur Qualitätssicherung während
der Projektumsetzung und die regelmäßig auftretenden externen
Eingriffe in den Bauprozess erfordern einen fortwährende Anpas-
Zusammenfassung und Ausblick 142
sung der erdbautechnischen Fachplanung. Dieser gleichzeitig zur
Herstellung ablaufende, iterative Abstimmungsprozess macht es
notwendig, dass Planung und Bauausführung in einer Hand
verbleiben. Grundlage hierfür kann nur ein (komplexer) Global-
Pauschalvertrag mit auftragnehmerseitiger Planung sein, da aus-
schließlich dieses Vertragsmodell Leistungen aus einer Hand und
eine wirtschaftliche Fachplanung ermöglicht.
Die Organisationsform der bauausführenden Firmen beeinflusst
ebenfalls eine effiziente Abstimmung zwischen Planung und Bau-
ausführung. Die Durchführung dieser Leistungen ist stets bei den
Fachfirmen anzusiedeln. Übergeordnete Organisationen, wie bei-
spielsweise „Dach-Argen“, übernehmen nur die reine Koordinie-
rung der Unterorganisationen. Zur Sicherstellung eines effizienten
Qualitätsmanagements bestimmt die mit dem Erdbau beauftragte
Unterorganisation einen technischen Koordinator, dem die Pla-
nung, Arbeitsvorbereitung und Bauausführung unterstellt ist.
Die Zukunft der Neubaustrecken mit Fester Fahrbahn hängt zur
Zeit ganz wesentlich von den finanziellen Möglichkeiten des Bun-
des ab. Da dieser Spielraum immer begrenzter wird, sollte auf an-
dere Finanzierungsmöglichkeiten zurückgegriffen werden. Es gibt
eine Vielzahl erfolgreicher Verkehrswegeprojekte auf Basis priva-
ter Finanzierungsmodelle. Finanzstarke Bauunternehmen oder
Zusammenschlüsse finanzkräftiger Kapitalgeber können der Zu-
kunft des Hochgeschwindigkeitsverkehrs neue Impulse geben.
Insbesondere wird sich eine Weiterentwicklung der Erdbautechnik
für Hochgeschwindigkeitsstrecken mit Fester Fahrbahn in wirt-
schaftlicher Hinsicht ergeben. Privat organisiertes, effizientes Pro-
jektmanagement auf der Grundlage dieses Konzeptes wird zu ei-
ner deutlichen Reduzierung der Bauzeit und der Baukosten füh-
Zusammenfassung und Ausblick 143
ren. Dass die Bauwirtschaft ein solches Projektmanagement lei-
sten kann, zeigt sich nicht zuletzt an der Neubaustrecke Köln-
Rhein/Main.
Literaturverzeichnis
LITERATURVERZEICHNIS
[1] AKFF Anforderungskatalog zum Bau der Festen Fahr-bahn, 3. Auflage, Deutsche Bahn AG, 1995, Richt-linie der Deutschen Bahn AG
[2] Arcadis Neubaustrecke Köln-Rhein/Main, BA Mitte Los C Erdbau, EÜ Petersberg PFA 31.6 Bau km 129+065, Überprüfung unterschiedlicher Konzepte zur Widerlagerhinterfüllung – Last-setzungsverhalten der Hinterfüllbereiche unter dy-namischer Belastung – Versuchsergebnisse, un-veröffentlicht
[3] Dörr, P., Christgau, E.-M. Setzungsbedingte Verformungen des Fahrweges an Hochgeschwindigkeitsstrecken nach Einbau der Festen Fahrbahn, EI. Der Eisenbahningenieur 52(2001) Nr.2, S.24-28, Zeitschriftenaufsatz
[4] DS 804 Vorschrift für Eisenbahnbrücken und sonstige In-genieurbauwerke, 1983, Richtlinie der Deutschen Bundesbahn
[5] Dürrwang, R., Schulz, G., Neidhart, T.
Erdbauwerk für Hochleistungsstrecken – Neues Konzept, EI. Der Eisenbahningenieur 48(1999) Nr.8, Sonderdruck Tetzlaff Verlag GmbH
[6] Eisenmann, J., Mattner, L.
Konstruktion und Bemessung von Festen Fahr-bahnen, Edition ETR. Eisenbahntechnische Rund-schau, Feste Fahrbahn, Hestra Verlag, S.18-23, 1997
[7] Floss, R. ZTVE – Zusätzliche Technische Vertragsbedin-gungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Stra-ßenbau, Kommentar mit Kompendium Erd- und Felsbau, Kirschbaum Verlag Bonn, Fassung 1997
[8] GAFF Grundsätze für die Anwendung der Festen Fahr-bahn Bauart RHEDA auf der NBS Köln-Rhein/Main, DB Netz, Deutsche Bahn Gruppe, Zentrale–NEF, Frankfurt, 1999 (unveröffentlicht)
[9] Göbel, C., Lieberenz, K. Kießling, J.
Korngemische für Tragschichten, Erläuterungen zu den Technischen Lieferbedingungen – DB AG TL 918 0602, Ausgabe Februar 1997, EI. Der Eisen-bahningenieur 48(1997) Nr.9, S.30-33, Zeitschrif-tenaufsatz
[10] Hausner, H. Dynamische Stabilität nichtbindiger Lockergesteine bei stationärer Anregung durch Maschinenfunda-mente, Dissertation Technische Universität Dres-den, 1971
Literaturverzeichnis
[11] Hillig, J. Erdbautechnische Anforderungen an eine schotter-lose Fahrbahn, EI. Der Eisenbahningenieur 45(1994) Nr.5, S.324-334, Zeitschriftenaufsatz
[12] Hillig, J. Geotechnische Anforderungen an den Eisenbahn-unterbau – Hochgeschwindigkeit erfordert die Be-messung neuer und die Ertüchtigung vorhandener Erdbauwerke nach dynamischen Gesichtspunkten, EI. Der Eisenbahningenieur 47(1996) Nr.3, S.24-32, Zeitschriftenaufsatz
[13] ICG NBS Köln-Rhein/Main, Los C, erdbautechnische Beratung, Ausbildung der „unteren Tragschicht“, ICG Leonhardt-Veith und Partner GbR, 1998 (un-veröffentlicht)
[14] Kapellmann, K., Langen, W.
Einführung in die VOB/B, Basiswissen für die Pra-xis, 9. Auflage 2000, Werner Verlag
[15] Katzenbach, R., Arslan, U.
Geotechnische Aspekte bei der Grundlagenfor-schung zum Langzeitverhalten von Fahrwerk, Gleis und Untergrund, Vorträge zum 3. Darmstäd-ter Geotechnik-Kolloquium, 1996, S.97-113, Mittei-lungen des Institutes und Versuchsanstalt für Geo-technik der Technischen Hochschule Darmstadt
[16] Kempfert, H.-G., Hu, Y.
Unterbau und Untergrundbeanspruchung infolge Eisenbahnverkehrslasten sowie Langzeitverhalten von gering tragfähigen Böden, 2. Zwischenbericht zum DFG Schwerpunktprogramm, Systemdynamik und Langzeitverhalten von Fahrwerk, Gleis und Untergrund, 1999, Universität GH Kassel – Fach-gebiet Geotechnik
[17] Kempfert, H.-G., Vogel, W.
Erdbauwerke für Feste Fahrbahnen – Darstellung des Entwicklungsstandes, EA Projekt 357/88 Wei-terentwicklung von schotterlosen Fahrbahnen auf Erd- und Kunstbauwerken, Teilprojekt Erdbau, BZA München, Schlussbericht 1992
[18] Krudewig, N. Die Neubaustrecke Köln-Rhein/Main, Tiefbau Nr.6, 1998, S.390-394, Zeitschriftenaufsatz
[19] Literatur-Datenbank für das Bauen
Version 2, Fraunhofer IRB Verlag, Fraunhofer-Informationszentrum, Raum und Bau IRB, Stand Mai 1999
[20] MO 836.0401 Erdbauwerke – Lastannahmen, Deutsche Bahn AG, 1997, Richtlinie (Vorabzug, zurückgezogen)
[21] MO 836.0402 Erdbauwerke – Erdbauwerke bemessen, Deutsche Bahn AG, 1997, Richtlinie (Vorabzug, zurückgezo-gen)
Literaturverzeichnis
[22] Neidhart, T. Überprüfung der dynamischen Untergrundstabilität und Optimierung von Bodenverbesserungsmaß-nahmen – Vorträge der Baugrundtagung 1998 in Stuttgart, Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V.
[23] Neidhart, T., Ast, W.
Erkenntnisse aus Verformungsmessungen an Erd-bauwerken und Folgerungen für den Bau der Fe-sten Fahrbahn, Vorträge zum 3. Darmstädter Geo-technik-Kolloquium, 1996, S.97-113, Mitteilungen des Institutes und Versuchsanstalt für Geotechnik der Technischen Hochschule Darmstadt
[24] Rehfeld, E. Untergrundbeschaffenheit – Anforderungen für den Einsatz Fester Fahrbahnen, EI. Der Eisenbahnin-genieur 46(1995) Nr.4, S.258-164, Zeitschriften-aufsatz
[25] Ril 836 Erdbauwerke planen, bauen und instand halten, 1999, Richtlinie der Deutschen Bundesbahn
[26] Rump, R., Ehling, B., Reh-feld, E.
Wirkungen von Verkehrserschütterungen auf Erd-bauwerke und ungebundene Tragschichten im Oberbau, ETR. Eisenbahntechnische Rundschau 45(1996) Nr.7/8, S.485-491, Zeitschriftenaufsatz
[27] Rücker, W. Kurzzeitdynamik und Setzungsverhalten der Fe-sten Fahrbahn, Tagungsband zum Symposium 4./5. November 1999 der TU Berlin zum Thema „Feste Fahrbahn, Mechanische Modellierung - Be-triebserfahrung und Akkustik“
[28] Schultze, E., Horn, A. Berechnungen von Zeitsetzungen, Grundbau-Taschenbuch, 5. Auflage, Teil 1, Verlag Ernst und Sohn, 1995
[29] Sondermann, W. Rüttelstopfverdichtung zur Baugrundverbesserung für die Feste Fahrbahn im Schnellbahnbau, Vor-träge zum 3. Darmstädter Geotechnik-Kolloquium, 1996, S.148-164, Mitteilungen des Institutes und Versuchsanstalt für Geotechnik der Technischen Hochschule Darmstadt
[30] TL 918 062 Technische Lieferbedingungen - Korngemische für Trag- und Schutzschichten zur Herstellung von Ei-senbahnfahrwegen, Bahn-Norm der Deutschen Bahn AG, 2000
[31] TL Min-StB 2000 Technische Lieferbedingungen für Mineralstoffe im Straßenbau, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe Mineralstoffe im Straßenbau, 2000
Literaturverzeichnis
[32] TP BF-StB Teil B 10.1 Technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau, Teil B 10.1, Bestimmung der organi-schen Bestandteile im Boden, Forschungsgesell-schaft für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe „Erd- und Grundbau“, 1998
[33] TP BF-StB Teil B 11.1 Technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau, Teil B 11.1, Eignungsprüfungen bei Bodenverfestigung mit Zement, Forschungsgesell-schaft für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe „Erd- und Grundbau“, 1986
[34] TP BF-StB Teil B 11.5 Technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau, Teil B 11.5, Eignungsprüfung bei Bo-denverbesserung und Bodenverfestigung mit Fein-kalk und Kalkhydrat, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe „Erd- und Grundbau“, 1991
[35] TP BF-StB Teil E 2 Technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau, Teil E 2, Flächendeckende dynami-sche Prüfung der Verdichtung, Forschungsgesell-schaft für Straßen- und Verkehrswesen, Arbeits-gruppe „Erd- und Grundbau“, 1994
[36] Trischler und Partner DYSTAFIT – Maßstabsgerechter Feldversuch zur Überprüfung der dynamischen Untergrundstabilität, Informationsschrift, ohne Jahreszahl
[37] Vogel, W., Grübl, W. Erdbauwerke von Neubaustrecken für Feste Fahr-bahnen – Grundsätze und Hinweise zur Ausfüh-rung, ETR. Eisenbahntechnische Rundschau 42(1993) Nr.9, S.603-610, Zeitschriftenaufsatz
[38] von Soos, P. Eigenschaften von Boden und Fels; Ihre Ermittlung im Labor, Grundbau-Taschenbuch, 5. Auflage, Teil 1, S.47-86, Verlag Ernst und Sohn, 1995
[39] ZTVE-StB 94 Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau, Bun-desministerium für Verkehr – Abteilung Straßen-bau, Verkehrsblatt–Dokument-Nr. B6711, Ver-kehrsblatt-Verlag
top related